类型、变量与对象详解（中）

1.栈（Stack）

栈中存储：

• 基本数据类型的值（如int、float、bool等）
• 引用类型的引用（如对象、字符串、数组的引用/指针）
• 方法参数
• 返回地址
• 方法调用相关的上下文信息（如寄存器，栈帧指针等）

注1：引用类型的实际对象存储在堆，而它们的引用（也就是指向堆的“地址”或“句柄”）存在栈

注2：“返回地址”是指函数调用后，应该返回到的代码位置。当一个函数被调用时，程序需要记住“等函数执行完后，回到哪里继续执行”。这个位置（即调用点的下一条指令地址）就被存在栈中，这样函数执行完毕后，程序才能正确返回继续执行。

 

特点：空间小，速度快，遵循“先进后出”（FILO）原则，系统自动分配和释放。

生命周期：变量离开作用域后自动销毁。

示例：

void Main() {
    int a = 1;
    Person p = new Person();
    Foo(a, p);
}

void Foo(int x, Person y) {
    int b = 2;
    // ...
}

+-------------------------------+
| b = 2                         |  // Foo方法局部变量，执行完毕先出栈
+-------------------------------+
| y = p (对象引用)              |  // Foo方法参数
+-------------------------------+
| x = 1                         |  // Foo方法参数
+-------------------------------+
| 返回地址（Foo返回到Main）     |
+-------------------------------+
| a = 1                         |  // Main局部变量
+-------------------------------+
| p (对象引用)                  |  // Main局部变量
+-------------------------------+
| 返回地址（Main返回到外部）    |
+-------------------------------+

 

2.堆（Heap）

堆（Heap）是什么？

堆（Heap）是程序运行时用来存储动态分配的内存区域，尤其用于存放：

• class实例（对象）
• string和数组等引用类型的实际数据

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堆是用来干什么的？

堆的作用：

• 存储在编译时大小不固定、生命周期不确定的数据（如对象、字符串、数组等）。
• 让多个函数、对象或线程可以共享和访问同一块内存（通过引用）。
• 支持动态内存分配：你可以在运行时创建任意数量、任意大小的对象。

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为什么需要堆？（为什么不用栈存一切？）

• 栈空间有限，适合短暂、局部的数据（如方法参数、局部变量），但无法满足对象、数组等大内存数据的长期存活需求。
• 对象的生命周期不局限于方法调用范围。栈上的变量随方法调用结束就被销毁，而堆上的对象只要还有引用指向它，就会一直活着。
• 灵活性：堆允许程序在运行时根据实际需要分配和释放内存。

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堆是怎么样的？（怎么工作）

• 当你用new关键字创建对象时，系统会在堆上为对象分配一块内存，并返回一个引用（地址）。
• 这个引用会存储在栈上的变量（如p）中。
• 当所有持有该引用的变量都离开作用域（或者被赋值为null），对象就变成“不可达对象”，等待GC（垃圾回收器）自动释放内存。
• 堆内存的分配和回收由CLR（.NET运行时）负责，开发者无需手动释放。

class Person
{
    public string name;
    public int age;
}

void Main()
{
    int x = 10;                          // x是值类型，在栈上
    Person p = new Person();             // p是引用类型的引用，在栈上，实际对象在堆上
    p.name = "Tom";                      // name是引用类型，实际字符串"Tom"在堆上
    p.age = 20;                          // age是值类型，存在Person对象的堆内存块里
}

栈（Stack）                  堆（Heap）                         堆（Heap）
+-----------------+          +-----------------------+           +-----------------+
| Person p ------ |--------> |   Person 对象         |           |   "Tom"         |
+-----------------+          |   name ------+--------|---------> |                 |
| int x = 10      |          |              |        |           +-----------------+
+-----------------+          |   age: 20    |        |
| ...             |          +--------------+        |
+-----------------+                                 |
                                                  +---------------------+
                                                  |   其它对象/字符串    |
                                                  +---------------------+

 

3.栈和堆的关系

	栈（Stack）	堆（Heap）
作用	局部变量、参数、返回地址	对象、数组、字符串等引用类型
生命周期	随作用域结束自动销毁	有引用时一直存在，GC回收
分配速度	快	慢
管理	系统自动	GC自动回收，需引用计数等
典型用途	基本类型、引用变量	new出来的对象、字符串、数组