C#深入理解栈（stack）和堆（heap）的区别

在讲栈和堆之前，我们先看看值类型和引用类型：

1）值类型：值类型总是分配在它声明的地方，作为局部变量时，存储在栈上；作为类对象的字段时，则跟随此对象存储在堆中。

2）引用类型：引用类型存储在堆中。类型实例化的时候，会在堆中开辟一部分空间存储类的实例。类对象的引用（地址）还是存储在栈中。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            byte b = 0xff;//byte类型 在栈中占 1个字节
            
            UInt16 c = 0xffff;//uint16类型 在栈中占 2个字节
            
            //person:对象的引用，存储在栈中
            //new Person():对象的实例，存储在堆中
            Person person = new Person();//引用类型

            //a:局部变量，存储在栈中 
            int a = 10;//值类型
            Console.ReadKey();
        }
    }

    public class Person
    {
        //类的字段，跟随此类存储在堆中
        public int Age { get; set; }//值类型
    }

上面写了一些很简单的代码，我们运行起来并查看了变量在栈中的地址：

&b
0x001af368
    *&b: 0xff
&c
0x001af364
    *&c: 0xffff
&person
0x001af360
    *&person: 0x02562390
&a
0x001af35c
    *&a: 0x0000000a

我们发现了几条规律：

1）先声明的变量在栈中的地址比较大，后声明的变量在栈中的地址比较小

2）在栈中，对于值类型来说，那块地址存储的就是变量的值；而对于引用类型来说，存储的是对堆的引用（在堆中的地址）

• 栈的结果是先进后出。与生命周期相关，越靠近栈底部的（栈地址越大的声明周期越长）

• 栈地址是从高往低分配的，按照先后定义的顺序依次压入栈中，相邻变量的地址之间不会存在其他变量。

• 栈是有操作系统自动分配释放的（作为程序员，你不需要显示对它做任何事），用于存储变量的值、程序执行的当前环境、方法的参数和类型的引用等。

• 堆里的内存能够任意顺序的存入和移除，地址一般是从低往高分配。

• 堆里的数据由CLR的自动GC在判断出程序的代码将不会再访问某项数据项时，自动清除无主的堆对象。

• 在程序运行的时候，每一个线程都会维护一个自己的专属线程堆栈（就是我们说的栈）。当一个方法被调用的时候，主线程开始在所属程序集的元数据中，查找被调用方法，然后通过JIT即时编译并把结果（一般是本地CPU指令）放在栈顶，CPU通过总线从栈顶取指令，驱动程序以执行下去。

• 栈通常存储着我们代码执行的步骤，而堆上存放的则多是对象、数据等。在调用方法的时候，内存从栈的顶部开始分配，保存和方法关联的一些数据项，这块内存叫做方法的栈帧（stack frame）。栈帧包含的内存保存如下内容：

  1）返回地址，也就是在方法退出的时候继续执行的位置。

  2）这些参数分配的内存，也就是方法的值参数，或者还可能时参数数组。

  3）各种和方法调用相关的其他管理数据项。

  在方法调用时，整个栈帧都会压入栈；在方法推出的时候，整个栈帧都会从栈顶弹出，弹出栈帧有的时候也叫做栈展开。

  栈内存无需我们管理，也不受GC管理。当栈顶元素使用完毕，立马释放。而堆则需要GC清理，它像一个仓库，存储着我们使用的各种对象信息，跟栈不同的是他们被调用完毕不会立即被清理掉。