[你必须知道的.NET]第十八回:对象创建始末(上)

博客园CLR基础研究团队|CLR团队精品系列|Anytao技术博客

 

[你必须知道的.NET]第十八回:对象创建始末(上)

发布日期:2007.12.3 作者:Anytao
© 2007 Anytao.com ,原创作品,转贴请注明作者和出处。

 

本文将介绍以下内容:

  • 对象的创建过程
  • 内存分配分析
  • 内存布局研究

   

1. 引言

了解.NET的内存管理机制,首先应该从内存分配开始,也就是对象的创建环节。对象的创建,是个复杂的过程,主要包括内存分配和初始化两个环节。例如,对象的创建过程可以表示为:

            FileStream fs = new FileStream(@"C:"temp.txt", FileMode.Create);

通过new关键字操作,即完成了对FileStream类型对象的创建过程,这一看似简单的操作背后,却经历着相当复杂的过程和周折。

本篇全文,正是对这一操作背后过程的详细讨论,从中了解.NET的内存分配是如何实现的?

2. 内存分配

关于内存的分配,首先应该了解分配在哪里的问题。CLR管理内存的区域,主要有三块,分别为:

·       线程的堆栈,用于分配值类型实例。堆栈主要由操作系统管理,而不受垃圾收集器的控制,当值类型实例所在方法结束时,其存储单位自动释放。栈的执行效率高,但存储容量有限。

·       GC堆,用于分配小对象实例。如果引用类型对象的实例大小小于85000字节,实例将被分配在GC堆上,当有内存分配或者回收时,垃圾收集器可能会对GC堆进行压缩,详情见后文讲述。

·       LOHLarge Object Heap)堆,用于分配大对象实例。如果引用类型对象的实例大小不小于85000字节时,该实例将被分配到LOH堆上,而LOH堆不会被压缩,而且只在完全GC回收时被回收。

本文讨论的重点是.NET的内存分配机制,因此下文将不加说明的以GC堆上的分配为例来展开。关于值类型和引用类型的论述,请参见[第八回:品味类型---值类型与引用类型(上)-内存有理]

了解了内存分配的区域,接着我们看看有哪些操作将导致对象创建和内存分配的发生,关于实例创建有多个IL指令解析,主要包括:

·       newobj,用于创建引用类型对象。

·       ldstr,用于创建string类型对象。

·       newarr,用于分配新的数组对象。

·       box,在值类型转换为引用类型对象时,将值类型字段拷贝到托管堆上发生的内存分配。

    在上述论述的基础上,下面从堆栈的内存分配和托管堆的内存分配两个方面来分别论述.NET的内存分配机制。

2.1 堆栈的内存分配机制

对于值类型来说,一般创建在线程的堆栈上。但并非所有的值类型都创建在线程的堆栈上,例如作为类的字段时,值类型作为实例成员的一部分也被创建在托管堆上;装箱发生时,值类型字段也会拷贝在托管堆上。

对于分配在堆栈上的局部变量来说,操作系统维护着一个堆栈指针来指向下一个自由空间的地址,并且堆栈的内存地址是由高位到低位向下填充。以下例而言:

        public static void Main()
        {
            
int x = 100;
            
char c = 'A';
        }

   假设线程栈的初始化地址为50000,因此堆栈指针首先指向50000地址空间。代码由入口函数Main开始执行,首先进入作用域的是整型局部变量x,它将在栈上分配4Byte的内存空间,因此堆栈指针向下移动4个字节,则值100将保存在49997~50000单位,而堆栈指针表示的下一个自由空间地址为49996,如图所示:

接着进入下一行代码,将为字符型变量c分配2Byte的内存空间,堆栈指针向下移动2个字节至49994单位,值’A’会保存在49995~49996单位,地址的分配如图:

最后,执行到Main方法的右括号,方法体执行结束,变量xc的作用域也随之结束,需要删除变量xc在堆栈内存中的值,其释放过程和分配过程刚好相反:首先删除c的内存,堆栈指针向上递增2个字节,然后删除x的内存,堆栈指针继续向上递增4个字节,程序执行结束,此时的内存状况为:

    其他较复杂的分配过程,可能在作用域和分配大小上有所不同,但是基本过程大同小异。栈上的内存分配,效率较高,但是内存容量不大,同时变量的生存周期随着方法的结束而消亡。

未完待续:托管堆的内存分配机制必要的补充说明,近期发布,敬请关注。 

 

参考文献

(USA)Joe Duffy, Professinal .NET Framework 2.0

(USA)Don Box, Essiential .NET

(MSDN)Hanu Kommalapati and Tom Christian, Drill Into .NET Framework Internals to See How the CLR Creates Runtime Objects, http://msdn.microsoft.com/msdnmag/issues/05/05/JITCompiler/default.aspx 
 

温故知新

[开篇有益]
[第一回:恩怨情仇:is和as]
[第二回:对抽象编程:接口和抽象类]
[第三回:历史纠葛:特性和属性]
[第四回:后来居上:class和struct]
[第五回:深入浅出关键字---把new说透]
[第六回:深入浅出关键字---base和this]
[第七回:品味类型---从通用类型系统开始]
[第八回:品味类型---值类型与引用类型(上)-内存有理]
[第九回:品味类型---值类型与引用类型(中)-规则无边]
[第十回:品味类型---值类型与引用类型(下)-应用征途]
[第十一回:参数之惑---传递的艺术(上)]
[第十二回:参数之惑---传递的艺术(下)]
[第十三回:从Hello, world开始认识IL]
[第十四回:认识IL代码---从开始到现在]
[第十五回:继承本质论]
[第十六回:深入浅出关键字---using全接触]
[第十七回:貌合神离:覆写和重载]

© 2007 Anytao.com

原创作品,转贴请注明作者和出处,留此信息。

本文以“现状”提供且没有任何担保,同时也没有授予任何权利。
This posting is provided "AS IS" with no warranties, and confers no rights.

posted @ 2007-12-03 02:31  Anytao  阅读(13292)  评论(70编辑  收藏