c#：内存中的变量会发生什么？

Question

如果我有这个变量：

string name;

会在内存中分配一个位置吗？或者它只会在我将其初始化为特定值时分配内存？即，

string name = "Jack";

例如，考虑以下代码：

for (int i = 0; i < 20; i++) {
    Run();
}

private void Run() {
    int age = 20;
}

内存中的age 值会怎样？是否会在每次执行 Run 方法时从内存中删除？还是会在代码执行后留在内存中，在使用它的程序关闭后删除？

Answer 1

如果你有这个代码：

void Main()
{
    string name;
}

然后，当使用编译器优化编译（在 LINQPad 中）时，您将获得以下 IL：

IL_0000: 重新

并且没有优化：

IL_0000：没有 IL_0001: 重新

没有为此声明分配内存 - 只是一个 NOP 操作作为 IL 中未优化代码的占位符。

当你的程序是这样的：

void Main()
{
    string name = "Jack";
}

那么你编译优化的代码是：

IL_0000: 重新

编译器只是忽略未使用的变量。

未优化的代码会生成这个：

IL_0000：没有 IL_0001: ldstr "杰克" IL_0006: stloc.0 // 名称 IL_0007: 恢复

显然未优化的代码更具解释性，所以从现在开始我只会展示未优化的代码，除非我明确说明。

现在让我们让代码做一些更有趣的事情。

void Main()
{
    string name = "Jack";
    Console.WriteLine(name);
}

这会产生：

IL_0000：没有 IL_0001: ldstr "杰克" IL_0006: stloc.0 // 名称 IL_0007: ldloc.0 // 名称 IL_0008：调用 System.Console.WriteLine IL_000D：没有 IL_000E: 恢复

有趣的是，如果我们把这段代码改成这样：

void Main()
{
    int answer = 42;
    Console.WriteLine(answer);
}

我们得到这个：

IL_0000：没有 IL_0001：ldc.i4.s 2A IL_0003: stloc.0 // 回答 IL_0004: ldloc.0 // 回答 IL_0005：调用 System.Console.WriteLine IL_000A：没有 IL_000B: 恢复

代码与string 示例几乎相同。

ldstr 调用正在获取对字符串字面量的引用（存储在大对象堆（不是小对象堆的普通堆）上的字符串池中）并将其推送到评估堆栈。

ldc.i4.s 正在将数字 42 的引用推送到评估堆栈。

然后，在这两种情况下，stloc.0 将评估堆栈顶部的值存储到方法的第零个本地内存位置。

然后，在这两种情况下，ldloc.0 再次从第零个本地内存位置加载值并将其放入评估堆栈。

您可能可以想象编译器在优化这段代码时会做什么。

System.Console.WriteLine 终于完成了。

现在让我们更详细地看看那个讨厌的string 代码。

我说它存储在实习生池中。让我们检查一下。

获取此代码：

void Main()
{
    string name = "Jack";
    Console.WriteLine(String.IsInterned(name));
}

它产生：

IL_0000：没有 IL_0001: ldstr "杰克" IL_0006: stloc.0 // 名称 IL_0007: ldloc.0 // 名称 IL_0008：调用 System.String.IsInterned IL_000D：调用 System.Console.WriteLine IL_0012：没有 IL_0013: 重新

它会将Jack 输出到控制台。只有在System.String.IsInterned 返回一个内部字符串时，它才能做到这一点。

拿这个程序来展示反面：

void Main()
{
    string name = String.Join("", new [] { "Ja", "ck" });
    Console.WriteLine(String.IsInterned(name));
}

它将null 推送到控制台 - 这意味着字符串name 没有被保留，因此在这种情况下name 存储在堆（小对象堆）上。

让我们看看你的第二段代码：

void Main()
{
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        Run();
    }
}

private void Run()
{
    int age = 20;
}

如果我们查看优化的 IL，那么 Run 方法如下所示：

跑步： IL_0000: 重新

未优化的 IL 是这样的：

跑步： IL_0000：没有 IL_0001：ldc.i4.s 14 IL_0003: stloc.0 // 年龄 IL_0004: 恢复

并且，就像我之前使用int 的示例一样，它将文字值20（或十六进制的14）加载到评估堆栈中，然后立即将其存储在该方法的本地内存中，并且然后返回。因此，对于局部变量age，它会重复使用相同的内存 20 次。

Answer 2

在您的第一个示例（未初始化的变量）中，它不会分配任何内存，因为它不会生成任何 MSIL。这将与根本没有代码一样。 如果初始化它，内存将分配在当前方法的堆栈中。

第二种情况，每次方法调用都会在栈中分配age变量，并在每次方法调用退出时释放。

Answer 3

字符串名称；

如果这是您唯一的语句，编译器可能会优化并删除它。如果没有优化，这将是对 null 的引用。

字符串名称 = "杰克";

这将在堆中创建一个内存分配来存储字符串本身。它还将在您的堆栈中生成一个指针，其中包含已分配堆内存的地址。退出方法并弹出堆栈后，堆中分配的内存将不再具有引用，并且可以标记为垃圾回收。

您的 20 次迭代将生成 20 个堆栈分配，每个堆栈分配的堆栈中的值都为 20，而堆中没有生成任何内容。退出方法后，堆栈会被弹出，数据会丢失。

Answer 4

对于任何 .NET 值类型变量，例如 int、bool、double 等；内存分配在您声明它时立即发生，当您为其赋值时，该值只是在内存中更新。

另一方面，对于包括string 在内的引用类型，仅在内存中分配一个地址，该地址创建对存储当前值的实际内存位置的引用（类似于C/C++ 中的指针）。

因此，在您的示例中，age 将在 int age 运行后立即在内存中创建，然后在 age = 20 执行时其值将设置为 20。

每次执行Run() 方法时都会为其分配一个新的内存位置。