所有的静态成员都存储在哪里？

Question

我正在尝试学习C#如何管理内存。我卡在静态元素上，我阅读了许多关于这个主题的博客和文章，但是我找不到一个令人满意的答案。

让我们定义一个代码块来帮助找到答案。

class myClass
{
    static string myStr = "String Data";
    static int myInt = 12;
}

在你们分享答案之前，让我分享一下我对这个主题的了解。请随意赞成或反对，并帮助我找到正确的答案。

静态只是寿命问题。

静态引用类型（myStr）将在堆上保存，寿命为期。

静态值类型（myInt）将在堆栈上保存，寿命为期。

困惑之处在于我在互联网上发现的某些关于此主题的答案。

困惑1：

当您的程序启动时，它会将所有相关程序集加载到AppDomain中。加载程序集时，将调用所有静态构造函数，包括静态字段。它们将活在那里，唯一卸载它们的方法是卸载AppDomain。

在上面的几行中，明确提到了所有静态元素存储在AppDomain上。那么为什么每个人都说'Static'元素存储在堆/栈上？

困惑2：

无论静态变量是在引用类型还是值类型中声明，每个静态变量都存储在堆上。

如果每个静态变量都存储在堆上。那么为什么有些人说值类型静态变量存储在堆栈上？

请帮助连接我的思路，以了解C＃中静态变量的内存管理。非常感谢您宝贵的时间 :)

- Ali Asad

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有些人会误解“堆栈”这些概念，但其实它们并没有什么用处。在C#中，如果你只关心一个对象的生命周期或声明的作用域，那么更重要的概念是它们。垃圾回收意味着95%的情况下，你只需要关心一个对象是否还存活着，而被static字段引用的对象将与类一起加载并保持存活状态。(至于何时实例化，那是一个更复杂的话题。)当然，这并不是一个答案。 - Jeroen Mostert

因为他们误解了。他们知道值类型的本地变量存储在堆栈上（实际上所有本地变量都存储在堆栈上。混淆在于对于引用类型，变量是引用而不是对象）。静态变量就像Type对象的成员一样，而Type不是值类型。（当然，与Java不同，C#实际上没有Type<myClass>类型，以使每个Type是不同的类型并具有不同的成员更清晰） - Random832

并不是所有的局部变量都存储在堆栈上。闭包中的局部变量不在堆栈上。迭代器块中的局部变量不在堆栈上。异步方法中的局部变量不在堆栈上。寄存器中的局部变量不在堆栈上。省略的局部变量也不在堆栈上。不要再认为局部变量存在于堆栈中，这是不正确的。局部变量被称为“局部”是因为它们的名称具有本地作用域，而不是因为它们存储在堆栈上。 - Eric Lippert

@AliAsad：假设你有一个包含一千个整数的数组。这些整数是在堆栈上还是堆上？它们是装箱的还是未装箱的？ - Eric Lippert

@AliAsad: 你认为为什么会发生装箱？反正什么是装箱呢？你的问题表明你不理解什么是装箱；你认为“boxed”和“存储在堆上”是相同的，但它们根本不是相同的东西。了解为什么人们对C#有完全错误的认识对我很有帮助；你为什么认为“boxing”意味着“存储在堆上”呢？ - Eric Lippert

Answer 1

首先请注意，所有这些都是实现细节。运行时保证的唯一一点是:

• 当您请求一个静态字段时，它就在那里
• 一个静态构造函数在您使用该类型之前的某个时间点执行

那就是全部了。其他所有内容都是实现细节 - 规范不关心堆栈、堆或其他任何内容。这取决于运行时的实现，一个有效的运行时可以将所有内容放在堆栈上（如果它愿意的话），也可以放在堆上。还有寄存器。

现在让我们看看你已经掌握的一些误解:

• 静态只是寿命 - 是的。它并没有说明它在何时或何处被存储 - 只是在您请求时可用。符合规范的运行时可以自由地使用任何内存，甚至可以从未将字段加载到内存中（例如，保持在图像中，图像已经在内存中）
• 静态将永久存储在堆中 - 很可能是这样。但它不是规范的一部分，符合规范的运行时可以在任何它想要的地方存储它，或者根本不存储它，只要正确的保证保持不变。此外，不要忘记，“永久”意味着“至少在AppDomain的生命周期内”;当域被卸载时可能会释放它，也可能不会。
• 静态值类型将在堆栈上永久存储 - 很可能不是这样。同样，这是一个实现细节，但是栈具有完全不同的语义，对于静态值来说没有什么意义。下一点将给你更多的理由:

当程序集被加载时，所有静态构造函数都会被调用，包括静态字段。 - 不是这样的。没有这个要求，也没有这样的保证。如果你依赖于这一点，你的程序将会出错（我以前见过很多次）。这只是一个实现细节，但在当前 MSCLR 实现中，静态变量 tend to be allocated in a heap of their own，并且在需要它们所定义的类型之前的一段时间内进行分配。如果你在静态构造函数中抛出异常，你可以很容易地看到这一点 - 它会导致一个 TypeLoadException，在第一次引用该类型的方法中（不用说，这可能会使调试静态成员变得棘手）。

引用类型存储在堆上，值类型存储在栈上。 - 不是这样的。这混淆了机制和语义。两者之间唯一的区别是它们的语义，其他一切都取决于实现。如果运行时可以在堆栈上保留引用类型的引用语义，那么这是完全有效的。即使在当前的 MSCLR 运行时中，值类型也经常被存储在堆中 - 比如当它们被装箱或成为引用类型的成员时。

有些人可能会感到困惑。有些人不理解合同和实际实现之间的区别。有些人根本不知道他们在说什么。我希望有一种简单的方法可以知道哪个是哪个，但是没有。如果你有疑问，你可以去看 C#/CLR 规范，但那只告诉你合同，而不是实际情况。

托管内存的整个意义在于你不需要关心这些实现细节。当然，像任何抽象一样，它会泄漏出来 - 知道事情真正是如何的，从 CPU 微指令、内存缓存等方面，穿过所有的层和抽象，是有意义的。但这并不是你要"依赖"的 - 实现随时都可以改变，而且过去已经多次改变了。

- Luaan

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我同意你的观点，这都是可以随着时间变化的具体实现细节。所以我得出结论，AppDomain有它自己的静态堆。这个堆负责管理值类型和引用类型的静态成员。 - Ali Asad

是的，基本上是这样。它仍然在垃圾回收期间被考虑（它可能具有对其他堆上对象的引用），但实际上并没有被回收。此外，请注意字符串是特殊的 - 默认情况下，所有文字字符串都是内部化的，因此如果您的静态变量具有字符串值，则该值本身很可能在另一个堆中（通常是大对象堆）。 - Luaan

@AliAsad 至于合同方面的事情，不同应用程序域中的静态内容必须被隔离。这并不要求对象在不同的堆中，但肯定会更加方便 :) - Luaan

@JanDvorak 是的，完全正确。过早优化会带来负面影响。但这不仅仅是关于微观优化 - 它更多地涉及到理解微小的事情，比如“我应该按行还是按列排列我的二维数据？”将决策隐藏在抽象之后，以保持代码的清晰和可读性，但也要理解抽象背后的重要性。 - Luaan

@Luaan。我对这个主题进行了一点研究。我发现有8种类型的堆。其中两种是高频堆和低频堆。所有静态成员都在高频堆中。我们用来存储引用类型对象的堆实际上是一个低频堆。想要了解更多信息，请访问此处和此处。 - Ali Asad

Answer 2

每当一个进程在RAM中被加载时，我们可以说内存大致分为三个区域（在该进程内）：堆栈、堆和静态区域（在.NET中，实际上是堆内部的特殊区域，仅称为高频堆）。静态区域持有“静态”成员变量和方法。什么是静态？没有必要创建类实例的那些方法和变量被定义为静态。
了解更多信息请点击这里。

- Amir Popovich

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请注意，这只是CodeProject上的一篇文章，没有参考资料，也没有从规范中引用任何内容，也没有.NET设计或实现人员的工作。这是一个初学者的介绍，甚至显然是错误的（静态方法存储在堆上？）。 - Luaan

Answer 3

一个类的实例被创建，所有静态成员都被初始化。

静态类的成员通常存储在堆上，值类型的成员通常存储在栈上。

这并不一定是绝对的，你可以阅读this博客获取更多信息。

这篇博客是由C#语言设计者Eric Lippert撰写的。

该博客表明，与正常知识相反，值类型不一定在栈上，引用类型不一定在堆上，但它们通常在那里。

只是规范没有具体说明。

- Mafii