c#陌生点补充（泛型、深浅拷贝、存储在栈还是堆问题）

浪扼飞舟2026-02-12 15:35

值类型和引用类型

由object（引用类型）派生而来的两个范围，值类型和引用类型

值类型

简单类型（int，double）、结构体、枚举

特点：适合做数据的载体

引用类型

类、接口、string、数组

特点：可以派生支持多态

值类型和引用类型在内存中的位置

核心原则 ：值类型存储在它被声明的地方，而引用类型的实例（对象本身）总是存储在堆上

  • 声明的地方"是关键

    这是理解内存分配的核心。一个int类型的变量，如果它在方法内部声明，就是局部变量，存在于栈上。但如果这个int是某个类的一个字段（例如 class Person { public int Age; }），那么当创建Person实例时（new Person()），这个Age字段就会作为Person对象的一部分，存在于堆上。

  • 引用类型的变量和实例是两回事

    这是一个非常重要的区分。对于代码 MyClass obj = new MyClass();：

    • obj这个变量本身是一个引用（可以理解为一个地址指针），它存储在线程栈上。

    • new MyClass()创建的对象实例则存储在托管堆上。

    • =操作的作用是将堆中对象的内存地址赋值给栈上的obj变量

两种引用方式方便debug

项目引用：选中dll项目的project文件

dll引用：选中依赖的项目的后缀为dll的文件

加载dll的方式

**加载策略：**将添加的dll及其他的依赖，复制到bin中

若dll本身还有依赖项，那么依赖项（托管代码）和dll最后会被复制到bin目录，若非托管代码，要将其复制到dll下

Object

是所有Class的基类

一、集合

1.1.数组

cs 复制代码 
//定义
string[] devices = new string[3];
//增
devices[0] = "电机A";
devices[1] = "传感器B";
//删
无法真正删除只能是跳过这个元素赋值给新数组
//改
devices[0]="电机B"；

1.2.List

注意改的时候任然使用索引器,但是List虽然是动态列表但是只能使用Add函数来增加位数,不能直接devices[100]=''hello''这样会超出数组索引范围

cs 复制代码 
//定义
var devices = new List<string> { "电机A", "传感器B", "PLC-C" };
//增
devices.Add("变频器D");
//改
devices[3] = "PLC-C升级版";
//按照值删除
devices.Remove("传感器B");
//按照索引删除
devices.RemoveAt(0);
//查
string s = devices[0];

1.3.observableCollection(可观察集合)

**特点:**只要修改observableCollection的元素就会通知ui变化,无需手动通知

注意:当元素内部变化,例如元素为对象,对象的属性值发生就不会通知

cs 复制代码 
//定义
var devices = new ObservableCollection<string> { "电机A", "传感器B", "PLC-C" };
//增
devices.Add("变频器D");
devices.Insert(0, "编码器E");
Console.WriteLine("--增---");
//删
Console.WriteLine("--删---");
devices.Remove("传感器B");
devices.RemoveAt(2);
//改
devices[0] = "1111";
//查
string st = devices[0];
//清空
devices.Clear()（通知 UI）

泛型

作用：实现同一份代码上操作多种数据类型

泛型可以修饰：类、方法、委托

语法：在修饰对象名称后加上占位符

具体类型在实例化的时候才特化

泛型可以提供多种类型的占位符

泛型类

在实例化的地方特化

cs 复制代码 
    static void Main(string[] args)
    {

        var obj=new genericClass<int>();
        obj.add(0, 10);
        Console.WriteLine(obj.arr[0]);
        
    }
}
class genericClass<T>
{
    public T []arr= new T[10];
    public void add(int index, T value)
    {
        arr[index] = value;
    }
}

泛型类的两种继承

cs 复制代码 
  //特化继承
  class Son: genericClass<int>
  {
  }
  //泛型继承
  class Son2<T> : genericClass<T>
  {
  }

泛型方法

调用的时候做特化

实例一：无返回值

cs 复制代码 
   static void Main(string[] args)
   {
       int a, b;
       Exchange<int>( a= 10, b= 20);
   }
   private static void Exchange<T>( T a,  T b)
   {
       T temp = a;
        a = b;
       b = temp;
       Console.WriteLine($"{a},{b}");
   }

实例二：有返回值

插入知识点：dynamic将类型校验推迟到运行时

否则在编译阶段就会报错，因为不是所有类型都能相加

cs 复制代码 
static void Main(string[] args)
{
    int result = add<int>(10, 20);
    Console.WriteLine(result);
}
private static T add<T>(T a, T b)
{
    dynamic x = a;
    dynamic y = b;
    return x+y;
}

泛型约束

对泛型传入的参数进行校验，规定其必须满足一定条件

泛型约束分类

基本格式为在泛型类型名称后加上where T：条件

class

class表示泛型必须是一个引用类型

cs 复制代码 
  class stu<T> where T:class
  {

  }
  static void Main(string[] args)
  {
      var a = new stu<string>();
  }
struct

struct泛型必须是值类型

cs 复制代码 
   //值类型
   class stu1<T> where T : struct
   {

   }
new（）

T必须包含无参数构造方法

cs 复制代码 
   //T,必须包含无参数构造方法
   class stu2<T>where T : new() 
   { }
类名约束

约束是一个类型的时候，特化时必须是本类或者子孙类

cs 复制代码 
  class GenericForClassName<T>where T : animal
  {

  }
  static void Main(string[] args)
  {
      var Tom = new GenericForClassName<people>();
  }
接口约束

特化的T必须继承某种接口

cs 复制代码 
 interface Ifireable
 {
     void Fire();
 }
 interface IRunnable
 {
     void Run();
 }
 class Tank : IRunnable, Ifireable
 {
     public void Fire()
     {
         Console.WriteLine("开火");

     }
     public void Run()
     {
         Console.WriteLine("跑起来了");
     }
 }
 class MyGenericClassForInterFace<T>where T : IRunnable, Ifireable
 {
     
 }
 //接口约束
 static void Main(string[] args)
 {
     var Tom = new MyGenericClassForInterFace<Tank>();
 }
多条件

如果约束条件中有new（）必须是最后一个条件

如果约束条件有接口约束和类名约束结合时，类名要放在前方

cs 复制代码 
  class normal
  {

  }
  //多个条件
  class foo<T>where T : class,new() { }
  static void Main(string[] args)
  {
      var aaa = new foo<normal>();
  }
多占位符约束
cs 复制代码 
  class MyGnerics<T, U>where T:class where U:struct
  {

  }
  static void Main(string[] args)
  {

      var aaa = new MyGnerics<string, int>();
  }

泛型约束继承

拥有泛型约束的类作为父类，子类可以选择特化父类，或者使用更严格/同样的约束

程序的一生

  • 代码编写完成：存储在你的硬盘上
  • 编译时：源代码编译为 IL（Intermediate Language） + 元数据 ，打包进 程序集（.dll 或 .exe）。

运行时开始分配内存

区域 存放内容
代码段（Code Heap / JIT Code Cache） JIT 编译后的 Main、DoWork 等方法的机器码
托管堆（Managed Heap） 所有 new 出来的对象、装箱值、字符串实例等
线程栈（Thread Stack） 每个方法调用的栈帧（局部变量、参数等）
元数据区（Loader Heap） 类型信息（Type objects）、方法表等

栈帧

当你调用一个方法时，CLR（Common Language Runtime）会在 调用栈（Call Stack） 上为该方法分配一块内存区域，称为 栈帧（Stack Frame）。

栈帧内容
  • 方法的局部变量（包括值类型和引用类型的引用）
  • 参数
  • 返回地址等控制信息
回收时机：方法执行完毕并返回时

当方法执行结束（正常返回或抛出异常后 unwinding），其对应的 整个栈帧会被立即弹出（pop） ，其中所有局部变量（无论值类型还是引用）所占的内存 瞬间释放。

例子

  • 参数和局部变量 ：栈帧上的数据（如参数 a, b和局部变量 result）是直接存储在栈上的值或引用 。对于值类型参数，传递的是值的副本。这些数据并非从堆上的实例"拷贝"而来 。实例本身的数据（字段）位于堆上，当方法内的代码需要访问实例的字段时，会通过 this指针（一个隐含的、指向堆上实例的引用）去堆上找到并操作它们。

  • 执行过程：执行引擎通过实例的类型对象指针找到方法的代码（在方法区），然后将代码指令加载执行。计算过程中需要的操作数（如常数、局部变量、参数的值）则来自栈帧

clr和gc概念

可以把CLR（公共语言运行时）想象成一个全能的项目执行引擎，它为你处理了从代码编译到运行管理的几乎所有底层工作。

  1. 通用中间语言（MSIL）与JIT编译 ：你用C#、VB.NET等语言写的代码，会先被编译成一种标准的中间语言（MSIL或CIL） 。运行程序时，CLR的即时编译器（JIT） ​ 会按需将这些中间语言指令快速"翻译"成当前CPU能直接执行的本地机器码。这种方式实现了"一次编写，到处编译"，同时JIT编译器还能根据程序运行的具体硬件进行优化，提升效率。

  2. 托管堆内存分配 ：当使用new关键字创建引用类型对象（如类的实例）时，CLR会在托管堆 上为其分配内存。CLR通过维护一个名为NextObjPtr的指针来管理分配位置，新对象会紧挨着上一个对象存放，这种连续分配机制速度很快。

  3. 确保类型安全：CLR会严格检查代码中的类型操作，确保不会发生将整数误当作字符串使用这类错误，从而增强程序的稳定性和安全性

内存垃圾回收机制（gc）

托管资源分配

需要的时候new出来，不需要的时候自动释放

非托管资源

只能跟踪其生存周期，而不能决定如何释放资源，如数据库链接，文件句柄和指针结果

资源并不全是内存：数据库链接和文件句柄都是越用越少的。

垃圾收集

从程序的根对象（root）开始层层遍历在堆上分配的对象，不再被引用的判定为垃圾，可被引用的称为Reachable Object；

全局对象和静态变量是长期存在的，栈上现存变量和cpu寄存器变量是改变的

深拷贝/浅拷贝/直接赋值（待补充）

区分深拷贝浅拷贝和直接赋值

  • 浅拷贝（Shallow Copy） ：只复制对象本身，不复制它内部引用的对象。
  • 深拷贝（Deep Copy） ：不仅复制对象本身，连它内部所有引用的对象也递归复制一份新的

赋值操作："引用类型的赋值和传参，其效果等同于浅拷贝"，因为值类型是复制，而引用类型赋值是存放原来的引用对象地址

函数传递参数是浅拷贝

string虽然在底层上是引用类型，但是在特性上是值类型。

问题 回答为"是" → 需要深拷贝
这个对象里有没有引用类型字段？ ✅ 有 → 可能需要深拷贝
我是否希望修改副本不影响原对象？ ✅ 是 → 必须深拷贝

定义一个类

复制代码 
public class Pen
{
    public string Color { get; set; }
}

public class Backpack
{
    public int NotebookPage { get; set; } // 值类型
    public Pen MyPen { get; set; }        // 引用类型
}

浅拷贝实例

cs 复制代码 
var original = new Backpack
{
    NotebookPage = 10,
    MyPen = new Pen { Color = "Blue" }
};

// 浅拷贝
//MemberwiseClone意为逐个函数成员克隆
var shallow = (Backpack)original.MemberwiseClone();

// 修改浅拷贝的值类型
shallow.NotebookPage = 20; 
Console.WriteLine(original.NotebookPage); // 输出 10 → 没影响（值类型是独立的）

// 修改浅拷贝的引用类型
shallow.MyPen.Color = "Red";
Console.WriteLine(original.MyPen.Color); // 输出 Red！→ 共用同一个 Pen 对象！

深拷贝实例

cs 复制代码 
public class Backpack
{
    public int NotebookPage { get; set; }
    public Pen MyPen { get; set; }

    // 手动深拷贝方法
    public Backpack DeepCopy()
    {
        return new Backpack
        {
            NotebookPage = this.NotebookPage,
            MyPen = new Pen { Color = this.MyPen.Color } // 创建新 Pen
        };
    }
}

var deep = original.DeepCopy();
deep.MyPen.Color = "Green";
Console.WriteLine(original.MyPen.Color); // 仍是 "Blue" → 完全独立！
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