如何在堆中分配值类型数组？

Posted 2023-04-13

【中文标题】如何在堆中分配值类型数组？

【英文标题】：How is value type array allocated in a heap?

【发布时间】：2019-02-24 21:44:54

【问题描述】：

我阅读了一些类似问题的答案，但我的问题略有不同，因为我不理解书中关于此问题的陈述。

因为结构体是值类型，所以每个实例不需要 堆上对象的实例化；这会带来有用的节省 在创建一个类型的许多实例时。例如，创建一个 值类型的数组只需要一个堆分配。

我的意思是数组如何只需要一个堆分配？...或者说单个堆分配是什么意思

【问题讨论】：

您在该声明中具体有哪些不明白的地方？

数组只是堆上的一块内存。如果它包含一个值类型，那么这就是那个内存块中的内容。如果它有引用类型，那么那些指向堆中其他位置的对象。

我的意思是数组如何只需要单个堆分配？...或者单个堆分配是什么意思

“单个 hep 分配”是指堆上的单个连续内存块。

你熟悉C还是C++？

【参考方案1】：

首先，让我们澄清一下“堆”与“堆栈”的含义。

当今的大多数编程环境都是基于堆栈的。运行程序时，每次调用方法时，都会将新条目推送到为程序提供的特殊堆栈中。这个堆栈条目（或帧）告诉系统在哪里寻找方法的可执行代码，传递了哪些参数，以及方法退出后调用代码中返回的确切位置。当一个方法完成时，它的条目会从堆栈中移除（弹出），因此程序可以返回到前一个方法。当堆栈为空时，程序结束。

堆栈上的每一帧也有一定的空间用于方法的局部变量，堆栈本身的大小是有限的。这就是“堆栈溢出”的来源。方法调用过深，栈空间不足。

另一方面，堆是不会自动授予程序的内存。它是程序必须在其核心分配之外请求的内存。堆内存必须更仔细地管理，但（通常）还有更多可用空间。因为它必须由操作系统根据请求授予，所以来自堆的初始分配也比来自堆栈的分配慢一些。

作为一个广义的概括，我们说引用类型在堆上分配，而值类型在堆栈上分配（尽管有很多例外）。

现在我们了解了这么多，我们可以开始看数组了。

核心数组类型本身是一个引用类型。我的意思是，对于任何给定类型T，T 可能（或可能不是）值类型，但@ 987654324@ 始终是引用类型。在“堆栈与堆”上下文中，这意味着创建一个新数组是一个堆分配，即使T 是一个值类型。数组也有固定的大小。该单一堆分配将为数组中的所有元素创建足够的空间。

值类型的另一个特性是它们具有基于成员的固定大小。所以对于一个数组，我们有固定数量的元素，每个元素都有一个已知的固定大小。这些信息足以在单个堆分配中为数组对象 及其元素 获取所有空间。每个项目的 值 都保存在数组的核心内存中。

对于保存引用类型的数组，数组的堆分配只为引用创建空间。要填充数组，您必须为每个元素进行额外分配。

对于具有一个或多个引用类型成员的值类型，这可能会稍微复杂一些。在这种情况下，值类型的空间是正常分配的，但引用成员的值部分只是一个引用。它仍然需要单独分配来为这些引用成员创建对象。

【讨论】：

不知道为什么这被否决了。如果有人认为我对这些概念的理解有缺陷，我很乐意纠正它。

我不是反对者。虽然我喜欢你的回答，但我建议你添加一个指向 Eric Lippert 的关于值类型与引用类型的博客的链接，你说“尽管有很多例外”。 blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/2010/09/30/…

@Joel Coehoorn 非常感谢您的回答。这么透彻的解释。我明白你在解释什么。

@Jim Mischel，感谢您的链接，我也会通过它。

【参考方案2】：

数组本身就是一个引用类型，也就是说，它是在托管堆上分配的。但是，如果它是一个值类型的数组，它会在一个步骤中保留其大小所需的内存。让您拥有一个包含 4 个 Int32 的结构。

A struct4Int[1000] will allocate 16000 bytes in one step.

引用类型的数组将只占用引用所需的内存（每个项目 32 位或 64 位，具体取决于您正在编译的体系结构）。让我们说一个有 4Int32 的类。

A class4Int[1000] will allocate 4000 or 8000 bytes at first.

item 用引用的地址填充，初始为空。

创建数组后，您必须为引用类型的每个实例分配内存并将其引用放入数组中（堆上的多个分配），在堆上以 1000 个小块再添加 16000 个字节。