详解.NET中六个你必须知道的重要概念

原创
开发 后端
本文将解释.Net中的六个重要概念,它们分别是堆栈,堆,值类型,引用类型,装箱和拆箱。首先解释当你声明一个变量时在内存中会发生什么,接着介绍两个重要的概念堆栈和堆,然后介绍值类型和引用类型,文章最后用例子介绍了装箱和拆箱对性能的影响。

【51CTO独家特稿】我也制作了很多视频教程,包括设计模式,WCF,WWF,WPFLINQSilverlight,UML,Sharepoint,Azure,VSTS等,可去http://tinyurl.com/mra3hx观看。

好复杂的东西啊

图 1 Oh,My Lady gaga,这些东西好复杂哦

当你声明一个变量时内存中都发生了什么?

当你在一个.Net应用程序中声明一个变量时,首先要分配一些内存快到RAM,它包括三样东西,第一个是变量名,第二个是变量的数据类型,最后一个是变量的值。

这只是一个很简单的解释,根据变量的数据类型不同,有两种内存分配类型:堆栈内存和堆内存。

 

声明变量后的内存结构

图 2 声明变量后的内存结构

堆栈(stack)和堆(heap)

为了帮助理解堆栈和堆,让我们了解下面的代码内部究竟发生了什么。

  1. public void Method1()  
  2. {  
  3. // Line 1  
  4. int i=4;  
  5. // Line 2  
  6. int y=2;  
  7. //Line 3  
  8. class1 cls1 = new class1();  

这个方法内部只有三行代码,下面我就逐行解释内部发生了什么事情。

第一行:执行该行时,编译器分配一小块叫做堆栈的内存,堆栈负责保持跟踪应用程序运行需要的内存。

第二行:现在执行移动到下一步,正如堆栈的名称所暗示的那样,这个内存分配时叠放在前一个内存分配顶部的,你可以将堆栈理解为一系列隔间或盒子的逐层堆积。

内存分配和解除分配使用LIFO(Last in first out,后进先出)逻辑,换句话说就是内存是在内存的末尾(如堆栈的顶部)分配和解除分配的。

第三行:在第三行我们创建了一个对象,执行该行时,它在堆栈上创建一个指针,真实的对象是存储一个不同类型的内存分配(叫做堆)中,堆不会跟踪运行的内存,它只是对象的堆积,堆用于动态内存分配。

退出方法(有趣):执行完最后一行代码后就该退出这个方法了,当它传递结束控制时,它就会清除分配到堆栈上的所有内存变量,换句话说就是所有与int数据类型关联的变量按照LIFO方式从堆栈中解除分配。

但不会解除堆内存分配,这部分内存要通过GARBAGE COLLECTOR(垃圾回收器)解除分配。

 

三行代码对应的内存内部操作

图 3 三行代码对应的内存内部操作

很多人现在可能要问为什么要设置两种内存分配形式呢?难道就不能用一种内存分配形式完成内存分配吗?

如果你仔细观察上图,你就会知道int变量是分配在堆栈上的,因为编译器已经知道它们可以存储多少数据(-2,147,483,648到2,147,483,647),涉及到对象时,编译器不知道需要多少内部空间,因此在堆上分配相同大小的空间。

换句话说就是,如果不知道数据大小或是动态变化的,就需要分配到堆上,如果数据大小是确定的,就分配到堆栈上。

 

不知道变量大小时分配到堆上

 

图 4 知道变量大小时分配到堆栈上,不知道变量大小时分配到堆上

值类型和引用类型

值类型指的是在相同的位置同时容纳数据和内存的类型,而引用类型是借助一个指针指向内存位置。下面是一个简单的命名为i的整数数据类型,其值是由另一个命名为j的整数数据类型赋予的,这两个内存值都是基于堆栈分配的。

当我们将一个int值赋给另一个int值时,它创建一个完全不同的拷贝,换句话说就是,你修改其中一个值不会引起另一个值也发生变化,这种数据类型就叫做值类型。

 

 

值类型

图 5 值类型:一个值的变化不会引起另一个值变化

当我们将一个对象赋值给另一个对象时,它们指向相同的内存位置,如下图所示,当我们将obj赋值给obj1时,它们指向的内存位置是一样的。换句话说就是,如果我们修改了其中一个对象,另一个对象也会受到影响,这种类型就叫做引用类型。

 

 

引用类型

图 6 引用类型:一个对象的变化会引起另一个对象的变化

哪一个数据类型是值类型和引用类型呢?

在.Net中,根据数据类型不同,变量可能是基于堆栈分配的,也可能是基于堆分配的,String和Objects是引用类型,其它.Net数据类型是基于堆栈分配的,下图更详细地进行了解释。

 

引用类型和值类型对应

图 7 引用类型和值类型对应.Net中的数据类型

#p#

装箱(boxing)和拆箱(unboxing)

说了这么多,在实际编程时怎么使用它们呢?最大的问题是要弄清楚数据从堆栈移到堆的性能损失,反之亦然。

如下图所示,当我们将一个值类型移到引用类型时,数据也从堆栈移到堆中,当我们将引用类型移到值类型时,数据就从堆移到堆栈中。数据从堆栈移到堆,或是从堆移到堆栈,都会产生较大的性能损失。数据从值类型移到引用类型的过程叫做装箱,从引用类型移到值类型叫做拆箱。

 

 

 装箱和拆箱过程示意

图 8 装箱和拆箱过程示意

如果你编译上面的代码,在相同的ILDASM中,你会看到在IL中的代码是如何装箱和拆箱的,如下图所示。

 

装箱和拆箱

图 9 装箱和拆箱

装箱和拆箱的性能影响

为了查看性能的影响,我们将下面两个函数运行了1000次,如下图所示,左边的函数有装箱拆箱操作,右边的函数没有,我们使用了一个秒表对象监控所花的时间。

 

有装箱拆箱和无装箱拆箱执行时间对比

图 10 有装箱拆箱和无装箱拆箱执行时间对比

从上图我们看到,有装修拆箱需要花3542毫秒,无装修拆箱只需2477毫秒,因此对性能的影响还是蛮大的。

现在你对这两个重要的.Net概念是否都理解了呢?

原文名:6 important .NET concepts: - Stack, heap, Value types, reference types, boxing and Unboxing.

【编辑推荐】

  1. Visual Studio 2010及.Net 4新功能一览
  2. 升级Visual Studio 2010和.Net 4注意要点
  3. 观点:微软.NET各子技术领域的应用前景
  4. 三方面诠释.NET 4.0的新特性
  5. Java和.NET继续争斗的四大相关问题
责任编辑:彭凡 来源: 51CTO
相关推荐

2009-06-04 10:20:34

Hibernate持久化Java

2024-01-08 16:27:59

ES6函数

2011-05-11 15:28:05

2012-09-29 09:22:24

.NETGC内存分配

2012-09-29 10:29:56

.Net内存分配继承

2023-06-26 23:32:11

人工智能Chat GPT工具

2015-07-23 10:37:13

Linux命令

2019-11-12 14:18:56

PythonWord设计

2011-01-28 15:11:15

PowerShell

2017-12-07 15:28:36

2021-09-15 09:20:37

Python函数代码

2022-10-25 18:46:36

JavaScript

2020-02-28 14:05:00

Linuxshell命令

2017-12-07 15:47:25

2021-10-29 08:44:22

推拉机制面试broker

2019-01-08 10:29:12

BeautifulSoPython第三库

2015-10-27 10:22:47

Html5API调用

2013-06-26 09:01:22

JVMJava

2021-03-01 07:34:42

Java泛型ArrayList

2022-09-06 08:07:24

SQL语句查询
点赞
收藏

51CTO技术栈公众号