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深入解析：（27）APS.NET Core8.0 堆栈原理通俗理解

news 2025/10/2 9:30:31

深入解析：（27）APS.NET Core8.0 堆栈原理通俗理解

1.概述

.NET(C#)的内存管理涉及两个主要部分：堆（Heap）和栈（Stack）。这两个结构在数据存储和管理方式上有显著的不同，它们对程序性能和资源使用有重要影响。想象一下你的电脑内存是一个巨大的仓库，这个仓库里有两个非常重要的区域来存放东西，即数据（栈和堆）。下面让我们用一种非常通俗易懂的方式来“图解”.NET中的堆栈原理。

2.栈（Stack）与堆（Heap）

就如上面所形容，内存是一个巨大的仓库，而这个仓库里有两个非常重要的区域来存放东西。栈区域空间小，用来存放一摞井井有条的储物箱；而堆区域空间大，像一个大货架，东西可以随便乱放。具体如下图所示：

3.栈（Stack）

栈（Stack）像一摞“储物箱”。
●特点
◎后进先出 (LIFO)：就像一摞储物箱，你只能从最上面放箱子或拿箱子。最后放上去的箱子，总是最先被拿下来。
◎速度快：因为存取顺序严格，分配和释放内存非常快，就是移动一下“指针”的位置。
◎空间小：这摞储物箱的总高度是有限的，所以不能放太多太大的东西。
◎自动管理：当一个函数执行完毕后，它对应的那层“箱子”就会被整个扔掉（内存自动释放）。
●里面存什么？
◎值类型：比如int, double, bool, struct等。
◎函数的调用信息：比如函数执行到哪了，函数的参数是什么。
●工作过程图解
假设我们有一个这样的程序：

void MethodA() {
    int a = 10; // 在栈上分配一个叫a的箱子，里面放10
    MethodB(a);
}
void MethodB(int num) {
    int b = 20; // 在栈上分配一个叫b的箱子，里面放20
    // ... 做一些事情
}
// 主程序
Main() {
    MethodA();
}

栈的变化就像下面这个动态过程：
①Main函数开始：先为Main函数压入一个“箱子”（栈帧）。

栈：[Main箱]

②Main调用MethodA：在Main箱上面压入一个MethodA箱。MethodA的箱子里有了变量a=10。

栈：[Main箱]
    [MethodA箱(a=10) ] <-- 栈顶

③MethodA调用MethodB：在MethodA箱上面再压入一个MethodB箱。并把参数num=10和变量b=20放进去。

栈：[Main箱]
    [MethodA箱(a=10)]
    [MethodB箱(num=10, b=20)] <-- 栈顶

④MethodB执行完毕：最顶上的MethodB箱被整个扔掉（里面的num和b都消失了）。

栈：[Main箱]
    [MethodA箱(a=10)] <-- 栈顶

⑤MethodA执行完毕：MethodA箱被扔掉。

栈：[Main箱] <-- 栈顶

⑥Main执行完毕：栈被清空。
这个过程就像叠箱子和拆箱子，井然有序。

4.堆（Heap）

堆(Heap)像一片“大货架”。
●特点
◎任意存取：你可以在这个大货架的任何空位存放东西，没有顺序要求。
◎速度相对慢：找空位和整理货架需要时间（分配慢），找东西也需要“地址标签”（访问慢一点）。
◎空间大：货架空间很大，可以存放大型对象。
◎需要垃圾回收(GC)：东西不要了不会自己清理，需要仓库管理员（垃圾回收器）定期来检查，把没人要的东西清走，腾出空间。
●里面存什么？
◎引用类型：比如string、class、数组等。
●工作过程图解
假设我们有一个这样的程序：

void CreateObject() {
    // myClass是一个在栈上的“地址标签”
    // new MyClass() 是在堆上的“大货架”上开辟空间创建的实际对象
    MyClass myClass = new MyClass();
    myClass.Data = 5;
    // ... 使用这个对象
}
// myClass这个“地址标签”随着CreateObject函数结束就被销毁了。
// 但堆上的那个对象还在，直到GC管理员来清理它。

这个过程可以这样理解：

①执行new MyClass()时，在堆上找一块足够大的空位，创建这个对象。
②在栈上（当前函数的箱子里）创建一个局部变量myClass。这个变量不存储对象本身，只存储对象在堆上的地址（就像一张写着“货架A区-05号”的纸条）。
③当我们操作myClass.Data时，.NET会根据栈上的“地址纸条”（0x123ABC）去堆里找到那个真正的对象，然后修改它的数据。
④当函数CreateObject执行完毕，它在栈上的那个“箱子”被销毁了，里面的“地址纸条”（变量myClass）自然也销毁了。此时，堆上的那个对象就失去了所有引用，变成“垃圾”。
⑤过一段时间，仓库管理员（垃圾回收器GC）会来打扫卫生，发现这个没人要的对象，就会把它从堆上清除掉，腾出空间。

5.总结与对比

特性	栈 (Stack)	堆 (Heap)
存储内容	值类型，函数调用帧	引用类型对象
管理方式	自动，函数结束立即释放	手动（由GC管理），不确定何时释放
分配速度	非常快，只是移动指针	相对慢，需要查找可用空间
灵活性	不灵活，大小固定，生命周期严格	灵活，空间大，生命周期不确定
访问方式	直接，直接访问变量	间接，通过引用（地址）访问
碎片	无	有（但GC会整理压缩）
类比	一摞储物箱，后进先出	一个大货架，随意存取