C#运行时的相互关系

本博客主要讲述运行时类型、对象、线程栈和托管堆之间的相互关系，静态方法、实例方法和虚方法的区别，以及内存的分配和回收。

线程栈：在一个进程中可能包含多个线程，一个线程在创建的时候，会分配到一个大小1MB大小的栈，栈用于存储方法的实参、形参以及方法内部的局部变量，栈是从高位内存地址向地位地址构建的，由于栈有先进后出的特点，所以先定义的变量后被回收。

下面来看一个简单的例子，让你更了解线程栈

由于线程栈是从高位开始分配内存，先分配的我就画在上面了，在调用F1();方法时，分配内存的顺序是：name->n->F2的返回地址->Age->name；回收内存的顺序当然是反过来的。在一个方法中，应该包含一些序幕代码，进行一些初始化工作，还有一些尾声代码，等方法执行完成之后做一些回收工作。由于方法的返回地址先分配，在方法执行完成的时候回到返回地址，递归太深就容易出现栈溢出，请看我的《递归再一次让哥震惊了》，因为参数、局部变量都必须等到方法返回的时候才能回收。

在介绍托管堆之前先看看两个简单的类：

    public class Person    {private int height;public void SetHeight(int height)        {this.height = height;        }public virtual void Say(string word) { }public static string Head()        {return "my head";        }public static int Age = 100;    }public class Student : Person    {public override void Say(string word)        {            Console.WriteLine(word);        }    }

static void Main(string[] args)        {            Person student = new Student();            student.Say("Hello cth");            student.SetHeight(172);            Person.Head();            Console.ReadLine();        }

CLR会在第一次访问一个对象时加载该对象，在这里，定义变量student时会为Person对象在线程栈中分配内存，第一次加载吗，在构造一个Student对象之前先要加载Student对象，并为Student类型对象分配内存，并构建一个Student对象。对象的地址存入线程栈中的局部变量student 中，我们知道类型对象的内容包含：类型对象指针、同步索引块、静态字段和方法（静态的和非静态的），不管是类型对象、还是实例类型都必须有类型对象指针、同步索引块；我们知道静态字段属于类，被这个类的所有实例共享，当然静态字段的内存是在类型本身中分配的，方法也是类的所有实例共享的，他的内存也是在类型本身中分配的，在每一个类型对象中都有一个方法表，类中定义的方法都有一个对应的项。

在构造一个对象的实例时，只需要为类型对象指针、同步索引块、该对象的实例字段分配内存，对于对象实例来说，类型对象指针可以让实例访问类型对象中德静态字段、方法等。

Student是线程栈中的定义的一个局部变量，保存Student的一个实例的在托管堆中的地址，所以他可以访问Student对象中的字段，方法，其实访问方法是通过类型对象指针访问类型对象Student中的方法表中对象的项。

Say方法的执行过程：变量student指向的是一个Student对象，调用的当然是Student类型对象中的Say方法，尽管在定义student的时候是Person类型，因为他是引用类型，他指向的是托管堆中Student对象的内存，然后遍历该对象的方法表，找到该方法调用。

特别说明虚方法，JIT在虚方法中加了一些额外的代码，方法每次调用的时候都会执行这些代码，这些代码会检查发出调用的变量，然后根据这个变量找到其应用的对象，然后调用这个对象的方法，若没有这些代码，你觉得CLR是调用父类的方法还是调用之类的方法呢，虚方法带来方便的同时，也多了这些必须的检查的代码。

SetHeight方法的执行过程：和Say方法前面是一样，只是在遍历Student对象的方法表时没有找到该方法，我们知道父类中定义的非private方法都可以被子类继承，是因为每个类型都定义了一个字段引用了他的基类，如果一个类调用的方法那个方法不是自己定义的，那么编译器会回溯类层次结构，一直到基类Object，找到相关的方法并调用，如果没有找到相关的方法就报了异常呗。所以SetHeight方法其实调用的是Person中的SetHeight方法。

Head方法的执行：由于Head方法是静态方法和上面两个方法有所不同，调用静态方法的时候，CLR会定位与静态方法对象的类型对象，然后在对应实例对象对象的方法表中查找相关的记录项，如果没有找到，同样会回溯。

当执行完student.SetHeight(172);时，student在也没有被引用，成为垃圾，在其所在的方法返回之前将会被回收，也就是说student实例对象被回收，释放其所在的内存，而类型对象不会被回收，类型对象的生成周期是：对象被加载到CLR中，直到其所在的AppDomain卸载。静态字段是他所引用类型的跟，所以被静态类型引用的对象永远不会被回收，如果其引用的是一个集合对象，并向其中不断的加入元素的话，就会造成内存泄露，更多关于内存管理垃圾回收，请看我的另一篇博客《垃圾回收--代》

作者：陈太汉

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