C#之CLR内存原理初探

前言

CLR（Common Language Runtime）是C#和其他.NET语言的基础。在C#程序中，CLR负责多个方面的任务，其中包括内存管理。

本篇博客将会介绍CLR中的内存管理原理。这并不是一个详尽的指南，但是将会给你一个对CLR内存如何管理的基本了解。

管理类型

CLR通过两种方式管理内存，这决定了内存的生命周期。这两种类型是托管和非托管。

• 托管内存是由CLR管理和控制的。这种内存最大的一点是自动释放，不需要程序员手动去释放。在CLR中，使用new运算符分配托管内存。托管内存的使用对于垃圾收集器来说是很重要的。

• 非托管内存由程序员手动管理和释放。这种内存不受CLR管理，因此需要程序员手动去释放。申请非托管内存可以使用一些功能（例如Win32 API）。

托管内存管理

CLR使用垃圾收集器来管理托管内存。垃圾收集器是CLR的一个主要部分，负责处理托管堆中对象的内存。垃圾收集器可以自动释放不再使用的对象，从而防止内存泄漏。

垃圾收集器

垃圾收集器是CLR的一部分，并包括以下几个部分：

• 分配器：用于分配内存块。

• 区域管理器：用于管理分配器分配的内存块。

• 垃圾回收器：用于释放不再使用的内存块。

• 终结器：释放类的资源，例如数据库连接或文件句柄。

在CLR中，垃圾回收器使用可达性分析算法来确定内存中的垃圾对象。简单来说，如果某个对象不再与程序的其他部分相连，则认为该对象是“垃圾”，可以被垃圾回收器释放。

示例一

以下是一个示例，说明了如何使用new运算符在托管堆中分配内存：

class MyClass {
   public int MyField;
}

MyClass myObj = new MyClass();

在上述示例中，MyClass类型的新对象分配了一块内存，并且返回了对象的引用。该引用（myObj）用于访问该对象的成员。

示例二

以下是另一个示例，演示了垃圾回收器如何自动释放托管内存：

class MyClass 
{
   public int MyField;
   public MyClass OtherObj;
}

MyClass myObj = new MyClass();
myObj.OtherObj = new MyClass();

首先创建一个MyClass对象，名为myObj，然后在该对象上创建一个名为OtherObj的新对象。在这种情况下，OtherObj引用的对象没有其他对象引用，因此它被认为是“垃圾”对象，并且在CLR垃圾回收器运行时自动清理。

非托管内存管理

CLR不管理非托管内存，因为这些内存通常通过使用一些功能（例如Win32 API）来进行分配和释放。程序员需要确保已释放使用的非托管内存。

示例

以下是一个示例，演示如何使用Win32 API来分配和释放非托管内存：

static void Main(string[] args)
{
    IntPtr ptr = Marshal.AllocHGlobal(1000);
    Marshal.WriteByte(ptr, 0, 0xff);
    Console.WriteLine(Marshal.ReadByte(ptr, 0));
    Marshal.FreeHGlobal(ptr);
}

在上述示例中，AllocHGlobal(1000)方法返回一个指向分配的新内存块的指针。在内存块上调用Marshal.WriteByte方法，设置第一个字节为0xff。最后，调用FreeHGlobal方法释放内存块。

总结

CLR的内存管理对于C#开发者至关重要。本篇博客介绍了CLR如何管理内存，它使用的两种类型以及使用示例。

通过加深对CLR内存管理原理的理解，可以更好地了解内存泄漏如何发生，如何避免以及如何管理非托管内存。深入了解CLR内存管理，可以使开发人员编写更高效、更稳定的代码。