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  • C++ : 从栈和堆来理解C#中的值类型和引用类型

    C++中并没有值类型和引用类型之说,标准变量或者自定义对象的存取默认是没有区别的。但如果深入地来看,就要了解C++中,管理数据的两大内存区域:栈和堆。

    栈(stack)是类似于一个先进后出的抽屉。它的体积是有限的,一般为2M左右。

    而堆(heap)则相对来说体积可以很大,这一般跟计算机的虚拟内存设置有关系。

    栈中存取对象的内存是自动回收的,用完即销毁了,一般方法内部的变量和参数都是通过栈来存取的(但也正因为如此,它们的生命周期很短)。但它的问题是,体积有限。

    一些大的对象,我们可能要通过堆来创建它。程序员可以控制这些对象什么时候创建,什么时候销毁。这无疑带来了灵活性,也同时带来了一些风险,事实上,相当一部分的程序的崩溃都是因为不恰当地使用了堆,以及没有及时清理在堆上申请的内存。或者反过来说,可能会清理多次(这也会导致崩溃)。

    通常来说,如果希望某个对象或者变量的生命更长一些,也可以将其作为全局变量或者静态变量。但那样又导致了它们必须等到程序结束才会释放。

    下面我用一个例子来演示一下这个问题

    #include <iostream>
    using namespace std;

    class human{
    public:
        void Talk();
        ~human(){cout<<"析构函数在工作..."<<endl;}
    private:
        int age;
    };

    void human::Talk(){
        cout<<"Hello"<<endl;
    }

    int main()
    {
        human h;//创建一个human对象,这个对象就生存在栈上,它所需的大小是根据其成员决定的
        cout<<"h的大小为:"<<sizeof(h)<<endl;
        cout<<"h的地址是:"<<&h<<endl;
        h.Talk();

        human *p=new human();//通过new关键字,是在堆上面创建一个对象,它所申请的空间也是内部成员决定的.这里也是4
        cout<<"p的大小为:"<<sizeof(p)<<endl;
        cout<<"p的地址为:"<<p<<endl;
        p->Talk();
        delete p;
        //删除p这个指针指向的堆上面的内存.如果用完该对象,我们不删除,那么该内存就一直存在,并不会自动删除.这就称为内存泄漏.
        //如果类型定义了析构函数,此时将调用它(反之,如果一个对象是在堆上创建的,那么除非调用delete语句,否则析构函数不会运行
        cout<<"p的地址为:"<<p<<endl;//我们只是删除了该块内存上面的数据,地址还是存在的
        //建议在删除p之后,将其置为0
        //p=0;
        //delete p;//但如果再次删除,又会发生崩溃,因为该内存已经没有了.
        return 0;
    }

    image

    有两句“析构函数在工作”,第一句是p这个指针所指向的堆上面那个对象的析构,而最后那句在是h这个在栈上的对象的析构。

    有兴趣的朋友,可以将delete语句注释掉,则只会看到一个析构过程。

    我们可以做得更加复杂一些来看

    #include <iostream>
    using namespace std;

    class human{
    public:
        void Talk();
        ~human(){cout<<"析构函数在工作..."<<endl;}
    private:
        int age;
    };

    void human::Talk(){
        cout<<"Hello"<<endl;
    }

    int main()
    {
        human h;//创建一个human对象,这个对象就生存在栈上,它所需的大小是根据其成员决定的
        cout<<"h的大小为:"<<sizeof(h)<<endl;
        cout<<"h的地址是:"<<&h<<endl;
        h.Talk();

        human *p=new human();//通过new关键字,是在堆上面创建一个对象,它所申请的空间也是内部成员决定的.这里也是4
        cout<<"p的大小为:"<<sizeof(p)<<endl;
        cout<<"p的地址为:"<<p<<endl; 
        p->Talk();

       human *p2=p;//创建另外一个指针,让他也保存一样的地址。
        cout<<"p2的大小为:"<<sizeof(p2)<<endl;
        cout<<"p2的地址为:"<<p2<<endl;
        p2->Talk();
        delete p;
        //删除p这个指针指向的堆上面的内存.如果用完该对象,我们不删除,那么该内存就一直存在,并不会自动删除.这就称为内存泄漏.
        //如果类型定义了析构函数,此时将调用它(反之,如果一个对象是在堆上创建的,那么除非调用delete语句,否则析构函数不会运行
        cout<<"p的地址为:"<<p<<endl;//我们只是删除了该块内存上面的数据,地址还是存在的
        //建议在删除p之后,将其置为0
        //p=0;
        //delete p;//但如果再次删除,又会发生崩溃,因为该内存已经没有了.
       //delete p2;//不光是p不能在删除,所以相同的指针都不能再删除了,否则就崩溃了
        return 0;
    }

    知道了上述原理之后,我们就不难理解C#中的值类型和引用类型了。

    • 值类型是指基础数据类型(除了string),结构体,枚举
    • 引用类型是指类,接口,委托(其实类似指针),string,object

    值类型是生存在栈上,好处是效率高,不需要额外的回收。但它的空间是有限的,所有一般只适合基础类型(char,byte,int,short,long,bool,double,float等)。

    引用类型则生存在堆上,但在栈上有一个指针(因为在堆上的对象都是匿名的,指针此时起到了一个别名的作用,其实就是等同于引用的概念,固有引用之说)

    引用类型既然生存在堆上,那么按照C++的情况就必须我们自己去销毁它。但从上面的演示就不难看出,何时销毁它,以及会不会忘记销毁它,或者重复销毁它,都是一个很大的难题。所以在.NET Framework中,通过CLR中垃圾回收器(GC)来负责回收。一般的程序员不需要特别在意这个过程。

    最后有意思的是,C#中的INT,其实并不等同于C++中的INT,大家如果有兴趣的话,可以看一下,它其实是一个结构体。

    image

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