.NET 类型(Types)的那些事

引言

您是.Net工程师？那 .NetFramework中的类型您知道有三大类吗？（除了引用类型和值类型，还有？）

引用类型一定在“堆”上，值类型一定在“栈”上？

那引用类型在内存中的布局细节您又知道多少了？

本篇就将这些问题一一道来

.Net Framework 中的Types分类

C# type categorization. 带阴影的都是 C# 的内建类型关键字.

除了object and string(分别为System.Object 和System.String别名), 其他带阴影的都是简单的值类型.

下面是摘自《C#语言规范5.0》 –> 4.类型（page:77）

C# 语言的类型划分为两大类：值类型 (Value type) 和引用类型 (reference type)。

第三种类型是指针，只能用在不安全代码中。

引用类型和值类型在内存中如何分配的呢？

这一块我们将通过一小段代码来讲解，在讲解前让我们回顾下

引用类型 和值类型的赋值过程中在内存处理上的区别：

• 把一个值类型a（定义如下int a=80；）赋给另外一个值类型b（int b；），即（b=a;）时，会把a的值拷贝一份给a，如下图;

• 把一个引用类型a（定义如下Employee a=new employee()；）赋给另外一个引用类型b（Employee b；），即（b=a;）时，会把a的地址（引用）拷贝一份给a,即他们指向同一个地址;

开始代码讲解，首先看代码如下：

Form myForm = new Form();
Size s = new Size (100, 100);          // struct = value type
Font f = new Font (“Arial”,10);        // class = reference type
myForm.Size = s;
myForm.Font = f;

注意代码中 myForm.Size中的Size和myForm.Font的Font是Form类型的属性（Property）不是类型（class type,代表某个类型）。

在.NetFramework中这样的使用方式极其普遍，初学者不要混淆了这两者。

讲解代码前给大家再提下知识点：

• Size是Struct类型，当然就是值类型(ValueType)
• Font是Class类型，当然就是引用类型(ReferenceType)

上面这段代码的内存中的分配，示意图：

很清楚地看到

• Size类型的s分配到了Stack上，而Front类型的f 和Form类型的myForm则分配在堆上。
• 并且myForm的Font属性引用到了Font类型f。
• myForm的Size属性有它自己的值（Width和Height),它是Size类型s的一个拷贝。

这里我们更清晰的看到了值类型和引用类型在值赋值过程中的区别

我们可以通过修改Font类型f的值，来修改myForm中的字体样式，但不能通过修改s来修改myFrom的Size。

引用类型的Object内存布局基础结构

上面这个图展示的结构是通过分析源码得出的：

1. 首先ObjectHeader（在其所在的AppDomain中的那个Thread通过调用Monitor.Enter锁了这个对象）
2. 接下来是Method Table 指针（该指针指向AppDomain中声明（定义）托管类型），如果程序集被加载到AppDomain neutral 中，那么所有的AppDomain中该类型实例的Method Table指针都一样。CLR 类型系统的该基础构建块在托管代码中都是可视的。（TypeHandle.Value 是一个IntPtr）
3. 最后就是这部分就是该类型实例的值。

CLR object的这个实例对象的地址在垃圾回收时也有可能会发生变动。（具体参看GC中压缩过程）

\sscli20\clr\src\vm\object.h

//
// The generational GC requires that every object be at least 12 bytes
// in size.
#define MIN_OBJECT_SIZE     (2*sizeof(BYTE*) + sizeof(ObjHeader))

A .NET object has basically this layout:

class Object
{
  protected:
    MethodTable*    m_pMethTab;

};

class ObjHeader
{
  private:
    // !!! Notice: m_SyncBlockValue *MUST* be the last field in ObjHeader.
    DWORD  m_SyncBlockValue;      // the Index and the Bits
};

为方便大家查看源码，这里提供一个源码索引表

SSCLI文件索引

引用类型的Object内存布局代表性结构

普通对象

数组对象 - Array

字符串对象

参考

The Truth About .NET Objects And Sharing Them Between AppDomains

Six important .NET concepts: Stack, heap, value types, reference types, boxing, and unboxing

Shared Source Common Language Infrastructure

[翻译经典文章]深入.NET Framework内部, 看看CLR如何创建运行时对象的

.NET对象的内存布局

托管堆与垃圾收集