對象創建過程的了解，是從底層接觸CLR運行機制的入口，也是認識.NET自動內存管理的關鍵。通過本文的詳細論述，關于對象的創建、內存分配、初始化過程和方法調用等技術都會建立一個相對全面的理解，同時也清楚的把握了線程棧和托管堆的執行機制。 對象總是有生有滅，本文簡述其生，這是個偉大的開始。 本文將分兩篇展開，關于托管堆內存分配的討論，請見下回分析，近期發布。

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[你必須知道的.NET]第十八回：對象創建始末（上）

發布日期：2007.12.3 作者：Anytao
? 2007 Anytao.com ，原創作品，轉貼請注明作者和出處。

 

本文將介紹以下內容：

• 對象的創建過程
• 內存分配分析
• 內存布局研究

   

1. 引言

了解.NET的內存管理機制，首先應該從內存分配開始，也就是對象的創建環節。對象的創建，是個復雜的過程，主要包括內存分配和初始化兩個環節。例如，對象的創建過程可以表示為：

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

通過new關鍵字操作，即完成了對FileStream類型對象的創建過程，這一看似簡單的操作背后，卻經歷著相當復雜的過程和周折。

本篇全文，正是對這一操作背后過程的詳細討論，從中了解.NET的內存分配是如何實現的？

2. 內存分配

關于內存的分配，首先應該了解分配在哪里的問題。CLR管理內存的區域，主要有三塊，分別為：

·       線程的堆棧，用于分配值類型實例。堆棧主要由操作系統管理，而不受垃圾收集器的控制，當值類型實例所在方法結束時，其存儲單位自動釋放。棧的執行效率高，但存儲容量有限。

·       GC堆，用于分配小對象實例。如果引用類型對象的實例大小小于85000字節，實例將被分配在GC堆上，當有內存分配或者回收時，垃圾收集器可能會對GC堆進行壓縮，詳情見后文講述。

·       LOH（Large Object Heap）堆，用于分配大對象實例。如果引用類型對象的實例大小不小于85000字節時，該實例將被分配到LOH堆上，而LOH堆不會被壓縮，而且只在完全GC回收時被回收。

本文討論的重點是.NET的內存分配機制，因此下文將不加說明的以GC堆上的分配為例來展開。關于值類型和引用類型的論述，請參見[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內存有理]。

了解了內存分配的區域，接著我們看看有哪些操作將導致對象創建和內存分配的發生，關于實例創建有多個IL指令解析，主要包括：

·       newobj，用于創建引用類型對象。

·       ldstr，用于創建string類型對象。

·       newarr，用于分配新的數組對象。

·       box，在值類型轉換為引用類型對象時，將值類型字段拷貝到托管堆上發生的內存分配。

    在上述論述的基礎上，下面從堆棧的內存分配和托管堆的內存分配兩個方面來分別論述.NET的內存分配機制。

2.1 堆棧的內存分配機制

對于值類型來說，一般創建在線程的堆棧上。但并非所有的值類型都創建在線程的堆棧上，例如作為類的字段時，值類型作為實例成員的一部分也被創建在托管堆上；裝箱發生時，值類型字段也會拷貝在托管堆上。

對于分配在堆棧上的局部變量來說，操作系統維護著一個堆棧指針來指向下一個自由空間的地址，并且堆棧的內存地址是由高位到低位向下填充。以下例而言：

   假設線程棧的初始化地址為50000，因此堆棧指針首先指向50000地址空間。代碼由入口函數Main開始執行，首先進入作用域的是整型局部變量x，它將在棧上分配4Byte的內存空間，因此堆棧指針向下移動4個字節，則值100將保存在49997~50000單位，而堆棧指針表示的下一個自由空間地址為49996，如圖所示：

接著進入下一行代碼，將為字符型變量c分配2Byte的內存空間，堆棧指針向下移動2個字節至49994單位，值’A’會保存在49995~49996單位，地址的分配如圖：

最后，執行到Main方法的右括號，方法體執行結束，變量x和c的作用域也隨之結束，需要刪除變量x和c在堆棧內存中的值，其釋放過程和分配過程剛好相反：首先刪除c的內存，堆棧指針向上遞增2個字節，然后刪除x的內存，堆棧指針繼續向上遞增4個字節，程序執行結束，此時的內存狀況為：

    其他較復雜的分配過程，可能在作用域和分配大小上有所不同，但是基本過程大同小異。棧上的內存分配，效率較高，但是內存容量不大，同時變量的生存周期隨著方法的結束而消亡。

未完待續：托管堆的內存分配機制和必要的補充說明，近期發布，敬請關注。 

 

參考文獻

（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 
 

溫故知新

[開篇有益]
[第一回：恩怨情仇：is和as]
[第二回：對抽象編程：接口和抽象類]
[第三回：歷史糾葛：特性和屬性]
[第四回：后來居上：class和struct]
[第五回：深入淺出關鍵字---把new說透]
[第六回：深入淺出關鍵字---base和this]
[第七回：品味類型---從通用類型系統開始]
[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內存有理]
[第九回：品味類型---值類型與引用類型（中）－規則無邊]
[第十回：品味類型---值類型與引用類型（下）－應用征途]
[第十一回：參數之惑---傳遞的藝術（上）]
[第十二回：參數之惑---傳遞的藝術（下）]
[第十三回：從Hello, world開始認識IL]
[第十四回：認識IL代碼---從開始到現在]
[第十五回：繼承本質論]
[第十六回：深入淺出關鍵字---using全接觸]
[第十七回：貌合神離：覆寫和重載]

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