变量生命周期

Question

当执行行超出代码块时，变量会发生什么情况？例如：

1  public void myMethod()
2  {
3     int number;
4     number = 5;
5  }

所以，我们声明并设置变量。当它超出代码块（第5行）时，变量number会发生什么？

这里是另一个创建类实例的示例：

7   public void myMethod()
8   {
9      Customer myClient;
10     myClient = new Customer();
11  }

当它超出代码块时（第11行），对象引用myClient会发生什么？

我猜在两种情况下变量都被分配了，但是何时被释放呢？

- ExpertLoser

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https://dev59.com/_m035IYBdhLWcg3wbPfc - Tim Schmelter

我敢打赌编译器甚至不会在第一个方法内执行任何操作。第二个方法将不得不调用构造函数，但实例不会被存储在任何地方，因为它没有被使用。 - Sinatr

对于初学者程序员（我就是其中之一），垃圾回收并不是初学者应该关注的话题。因此，我的问题是合理的，因为初学者不会遇到垃圾回收这个主题。我已经以一种适合初学者理解的方式构建了问题，因为我们经常听到“它不在范围内”，这并不能完全澄清正在发生的事情。 - ExpertLoser

主要问题是你不应该真的关心发生了什么 - 这是语言的“托管”部分。只有当你开始进行性能调整时，你才真正需要关心，而这确实不是初学者的主题。但请注意，如果你的C#书籍/教程/示例告诉你变量离开作用域时内存被释放，那么它是错误的（或者至少是误导性的）。作用域的主要目的是为了简化编程 - 你不能再访问局部变量，所以你不必在作用域之外一直考虑它。 - Luaan

我认为这不完全是一个重复的问题，它询问了除了GC部分之外的位（尽管那也是相关的）。 - Jon Hanna

Answer 1

作为C#语言中的一个“变量”概念，它只存在于代码块中，因此在代码块之外不会有什么“发生”。就像这句话中的单词“word”一样，在这个句子之外也不会有什么变化。

当然，你指的是当代码运行时，变量变成了什么。但记住这一区别很重要，因为考虑这个问题时，我们要转向变量在C#中不再适用的层次。

无论哪种情况，代码最终都会被编译成CIL，并在运行时编译成机器码。

CIL可能会有很大的差异。例如，下面是第一个示例在调试模式下编译的结果：

.method public hidebysig instance void myMethod () cil managed 
{
  .locals init ([0] int32) // Set-up space for a 32-bit value to be stored
  nop                      // Do nothing
  ldc.i4.5                 // Push the number 5 onto the stack
  stloc.0                  // Store the number 5 in the first slot of locals
  ret                      // Return
}

以下是编译发布后的效果：

.method public hidebysig instance void myMethod () cil managed 
{
  ret                      // Return
}

自从值没有被使用，编译器将其作为无用的垃圾清除并编译一个立即返回的方法。

如果编译器没有删除这样的代码，我们可能会得到类似于：

.method public hidebysig instance void myMethod () cil managed 
{
  ldc.i4.5                 // Push the number 5 onto the stack
  pop                      // Remove value from stack
  ret                      // Return
}

调试版的保存内容时间更长，因为检查它们对于调试很有用。

当发布版本在本地变量数组中存储东西时，它们也更有可能重复使用方法内部的插槽。

然后将其转换为机器代码。这类似于它的工作方式，它会产生数字5，将其本地存储（在堆栈或寄存器中），然后再次将其丢弃，或者不执行任何操作，因为未使用的变量已被删除。（可能甚至不执行方法;该方法可以进行内联，然后由于它什么也没做而被完全删除）。

对于带构造函数的类型，有些更多的操作需要进行：

.method public hidebysig instance void myMethod () cil managed 
{
  .locals init ([0] class Temp.Program/Customer)       // Set-up space for a reference to a Customer

  nop                                                  // Do nothing.
  newobj instance void SomeNamespace/Customer::.ctor() // Call Customer constructor (results in Customer on the stack)
  stloc.0                                              // Store the customer in the frist slot in locals
  ret                                                  // Return
}

.method public hidebysig instance void myMethod () cil managed 
{
  newobj instance void SomeNamespace/Customer::.ctor() // Call Customer constructor (results in Customer on the stack)
  pop                                                  // Remove value from stack
  ret                                                  // Return
}

这里都调用了构造函数，即使是发布版本也是如此，因为它必须确保任何副作用仍然发生。

如果Customer是引用类型，则会发生更多事情。如果它是值类型，则所有内容都保存在堆栈中（尽管可能有字段反过来是引用类型）。如果它是引用类型，则在堆栈中保存的是指向堆中对象的引用。当堆栈上不再有这样的引用时，垃圾收集器将无法在扫描中找到它以确定哪些对象无法收集，并且可以进行收集。

在发布版本中，一旦构造函数返回，可能永远没有内存位置或寄存器保存该引用。实际上，即使在构造函数运行时（如果没有字段访问或其他隐式或显式使用this发生），甚至可能没有一个，或者在其中间部分被擦除（一旦这些访问完成），因此在构造函数甚至还没有完成之前就可以进行垃圾回收。

更有可能的是，在方法返回后，它会在堆内存中挂起一段时间，因为垃圾回收尚未运行。

- Jon Hanna

Answer 2

当结构体类型的字段引用丢失时，内存会被释放（在堆栈中）。对于引用类型来说，情况更加复杂。如果对象（类）不再使用并且对其的引用丢失，则垃圾回收器将标记其为待删除状态。如果没有任何更改，该对象将在下一次垃圾回收时被删除。

如果您不想等待GC自动运行其方法，可以通过调用GC.Collect()方法自己运行它。

附注： 在销毁类对象并释放内存之前（如果它实现了IDisposable接口），它按顺序调用三个方法：

 1. Dispose() 2. Finalize() 3. ~ctor()

在C#中，您可以使用两种方法：dispose()和finalize()。Dispose通常用于释放托管资源（例如FileStream或Threads），而Finalize更适合编写未托管资源释放的逻辑。

要更改object.Finalize()方法的逻辑 - 将您的逻辑放入~ctor()中 但是要小心，因为这可能会导致一些严重的故障。

- Fabjan

Answer 3

在99%的情况下，答案是“无关紧要”。唯一重要的是它对你不再可用。

你不应该过于关注剩下的1%。简化这个问题并提供一个合理的SO答案并不容易。我能够提供的唯一简单的建议是：

只要变量在未来不再被使用，编译器或运行时可以随便做任何事情，完全合法 :)

请注意，这并没有提到范围的任何内容-C#实际上并不太关心范围。范围存在是为了帮助您编写代码，而不是为了帮助编译器（尽管方法和更高级别的作用域确实有助于编译时间）。

同样，在大多数情况下，您不关心接下来会发生什么。主要的例外情况是：

• 使用非托管资源。通常最好确定性地处理非托管资源。封装非托管资源的所有类都有一个Dispose方法来处理这个问题。您可以使用using语句来帮助解决。
• 性能瓶颈-如果分析表明您在不切实际的释放上正在失去内存/CPU，您可能需要进行一些帮助。
• 保留对象的引用外部范围。很容易意外地阻止收集某些不再使用但仍具有引用的东西。这是托管应用程序中内存泄漏的主要原因。

此外，如果您想玩一下这个，注意默认情况下，连接了调试器会对您造成一些干扰。例如，本地变量将保持活动状态，直到其作用域结束-当然，在调试时这是完全合法的，并且有助于调试。

- Luaan

Answer 4

在第一种情况下，number 是一个值类型，将存储在堆栈上。一旦离开方法，它将不再存在。没有任何释放操作，堆栈空间将被用于其他事情。

在第二种情况下，由于 Customer（我想）是一个引用类型，myClient 将存储对实例的引用在堆栈上。一旦离开方法，该引用不再存在。这意味着实例最终将被垃圾回收。

- Chris

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不太可能。number 很有可能只是被存储在寄存器中，没有必要为此进行昂贵的堆栈操作。如果它真的被“分配”了，那就更好了 :D - Luaan

对象可以在您离开方法之前被垃圾回收。 - Jon Hanna

你们当然都是正确的。但是，为了让初学者更容易理解，我认为我的答案就可以了 :) - Chris

Answer 5

假设您在没有优化的情况下运行调试:

当它超出代码块 (第5行) 后，变量number会发生什么?

一旦方法退出，该值将从堆栈中弹出。值类型存储在堆栈上是一个实现细节，您不应该依赖它。如果这是一个作为class字段的值类型，它将不会存储在堆栈上，而是存储在堆上。

当它超出代码块 (第5行) 后，变量number会发生什么?

假设Customer是一个class而不是struct，并且没有实现finalizer（这会改变事情的进程），在第9行后，它将不再有任何对象引用它。一旦GC启动（在任意的、不确定的时间），它会在标记阶段将其视为可收集的，并将其标记为可回收垃圾。一旦扫描阶段开始，它就会释放占用的内存。

- Yuval Itzchakov