栈与堆 - C# 教程

程序运行时数据需要存入内存，数据占用空间、存储位置由数据类型决定；运行程序会使用两块内存区域存放数据：栈 (Stack)、堆 (Heap)。

栈（Stack）

栈是一段内存数组，遵循后进先出 (LIFO) 数据结构，存储三类数据：

部分类型变量的值
程序当前执行上下文
传入方法的参数

栈的内存操作由系统自动管理，开发者无需手动操作；理解栈的底层逻辑，能更好读懂程序运行逻辑与 C# 官方文档。

栈的核心特性

仅能在栈顶新增、删除数据
向栈顶存入数据：入栈（Push）
从栈顶取出数据：出栈（Pop）

栈内存特点

内存分配释放速度极快，连续内存空间
生命周期绑定方法调用：方法执行完毕，栈帧自动销毁
存储：值类型变量、方法参数、局部变量、执行上下文

为了更好理解堆，我们看一个简单的例子

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        int b = 20;
        int sum = Add(a, b);
    }

    static int Add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}
Code language: C# (cs)

这个例子，很简单，从程序入口Main函数第一行代码开始，创建了一个变量a int类型的，第二行创建了创建了b变量，然后第三行调用Add函数，传入a和b的值，然后进入函数里面。x 的值是a的值，y的值是b的值，然后函数里面返回x+y的结果。然后把结果返回调用的地方，结果是30，Add函数执行结束，x，y会出栈，然后把结果复制给sum。sum的值就变成了30，然后main函数结束，程序退出。整个过程是这样，下面我们逐步分析。它们是如何在栈里面完整这个过程。

程序执行流程和入栈出栈的过程

执行第二句代码，创建第二个int变量b，值是20，先进来的在底部（栈底），后进来的在顶部（栈顶）

第三句代码，先执行等号右侧的Add(a,b) 这句代码是调用Add函数，它会把a的值传给x，b的值传给y，注意是把值传递过去而已，a还是原来的a，x还是x，是两个不同的变量。

这一步，只是计算x+y 然后把结果返回去，不需要在栈中存储，x+y的结果是30，这个30会返回给调用的地方，也就是int sum = 30; 类似这样，但是在执行完return x+y; Add函数要准备结束了，这时候就需要出栈了，一个函数一旦执行完毕，在函数内部创建的局部变量，需要出栈，出栈就是把这个变量原来的内存区域销毁，清空，留给后面来使用。

在栈中最顶部的变量的位置叫栈顶（Top），出栈后栈顶会往下移动。
Add函数执行完毕后，x和y属于Add内部的局部变量（函数参数），需要出栈，销毁变量x y先后出栈，腾空栈中的可用空间，保证系统流畅。
出栈后，x y 就没了。Add函数返回的结果，30，就到达调用的地方，准备下一步操作，也就是Int sum = 30;类似这样的操作。

执行int sum = 30; 又开始入栈操作了。在栈顶入栈sum：30，执行完这个语句后，Main函数就准备结束了，程序要退出了，下一步 sum b a这几个属于Main函数的局部变量就要准备销毁了（出栈Pop）

出栈的过程是从顶部出去的，栈本身是一个只有一个入口和出口的死胡同，进来和出去都只能从一端，所以进来后，出去的时候，也需要从上面出去，所以Main函数中的三个变量销毁是从下到上，先sum 后b，然后a。顺序和创建的时候反过来

现在所有的变量都出栈了，最后一个a变量也出去了，其实严格上来说，我们的Main函数还有一个局部变量的，就是Main(string[] args),这里有一个字符串数组，是用来接收，调用控制台的时候传入的命令参数的。这个args是一个数组，它的存储有点特别，分开两个位置存储的，是我们后面学习的堆有关。为了演示，我们这里就不讨论这个args。

读者记住一点，函数执行的时候，变量的创建是从上往下，所以创建的时候，先a -> b-> ,然后进入到Add函数，然后就 x ->y 然后Add结束，x y销毁，出栈，然后到sum入栈，之后Main结束，sum销毁，b销毁 a销毁，顺序是倒过来的。

堆（The Heap）

堆是一块内存区域，用于分配内存块存放特定数据对象；和栈不同，堆的数据可任意顺序存入、删除。

程序无法手动删除堆内对象，由 CLR（公共语言运行时）的垃圾回收器 GC自动清理无引用、无法访问的孤立堆对象；这省去了其他语言手动释放内存的易错操作。

堆就好比一张书桌，很大一块，你可用在上面随意放东西。而我们前面的栈，它就好比一个硬币筒，只能从一端进出。

堆好比一张书桌，它是一大块区域，可用随便在上面放东西，堆中放的东西，不需要程序员删除，是交给一个叫GC（垃圾回收器）的东西负责管理，一旦一个对象，没有地方使用它，GC会不定时去销毁它们。这样的好处的，大大减轻程序员的负担，也不担心没有释放某些资源导致内存占满程序崩溃。以往C++的程序，需要程序员来释放内存的。

GC 回收流程

程序在堆中创建 3 个对象，持有引用
程序不再使用其中一个对象，失去引用
GC 检测到无引用孤立对象，释放其占用内存
回收完成，释放的内存可分配给新对象使用

堆内存特点

内存不连续，分配速度慢于栈
生命周期不受方法限制，由 GC 统一管理
存储：引用类型实例（class、数组、委托等），栈仅保存对象引用地址

为了更好演示，看一个例子，我们前面说的局部基本类型的变量是存放在栈中，如果是用户自定义的类型，通常是存放在堆的。下面看例子：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        int b = 20;
        Student tom = new Student("Tom", 12);
        Student lucy = new Student("Lucy", 12);
    }

}

class Student
{
    //成员变量
    private string name;

    private int age;

    //构造函数，后面会讲解
    public Student(string name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //成员函数
    public void DisplayInfo()
    {
        Console.WriteLine($"Name: {name}, Age: {age}");
    }
}   
Code language: C# (cs)