C#关于继承和内存分配

内存分配的过程：

在此我们以Chicken对象的创建为例，首先是字段，对象一经创建，会首先找到其父类Bird，并为其字段分配存储空间，而Bird也会继续找到其父类Animal，为其分配存储空间，依次类推直到递归结束，也就是完成System.Object内存分配为止。我们可以在编译器中单步执行的方法来大致了解其分配的过程和顺序，因此，对象的创建过程是按照顺序完成了对整个父类及其本身字段的内存创建，并且字段的存储顺序是由上到下排列，object类的字段排在最前面，其原因是如果父类和子类出现了同名字段，则在子类对象创建时，编译器会自动认为这是两个不同的字段而加以区别。

然后，是方法表的创建，必须明确的一点是方法表的创建是类第一次加载到CLR时完成的，在对象创建时只是将其附加成员TypeHandle指向方法列表在Loader Heap 上的地址，将对象与其动态方法列表相关联起来，因此方法表是先于对象而存在的。类似于字段的创建过程，方法表的创建也是父类在先子类在后，原因是显而易见的，类Chicken生成方法列表时，首先将Bird的所有方法拷贝一份，然后和Chicken本身的方法列表做以对比，如果有覆写的虚方法则以子类方法覆盖同名的父类方法，同时添加子类的新方法，从而创建完成Chicken的方法列表。这种创建过程也是逐层递归到Object类，并且方法列表中也是按照顺序排列的，父类在前子类在后，其原因和字段大同小异，留待读者自己体味。

继承的三个关键字：

abstract关键字，是抽象之意。用来限定类时，类中的方法，不能有方法体；用来限定方法时，同样也不能有方法体，并且在子类中除非继续使用抽象方法，否则必须完成方法体。

virtual关键字，是虚之意。简单的用法是用来指示类中的方法可以被子类的同名方法覆盖或者共存。覆盖时，子类中使用override关键字。共存时，使用new 关键字。

new关键字，是新之意。在子类方法中的用法是，用以指示子类中与父类存在的同名方法将在方法表中同父类方法共存，并不覆盖父类的同名方法。这样就达到了多态机制下并非一味覆盖的效果。

理解继承：

继承是可传递的，子类是对父类的扩展，必须继承父类方法，同时可以添加新方法。

—子类可以调用父类方法和字段，而父类不能调用子类方法和字段。

—虚方法如何实现覆写操作，使得父类指针可以指向子类对象成员。

—子类不光继承父类的公有成员，同时继承了父类的私有成员，只是在子类中不被访问。—new关键字在虚方法继承中的阻断作用。

密封类不能被继承（sealed）

Bird bird2=new Chicken();

这种情况下，bird2.ShowType应该返回什么值呢？而bird2.type又该是什么值呢？有两个原则，是.NET专门用于解决这一问题的。

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1．关注对象原则：调用子类还是父类的方法，取决于创建的对象是子类对象还是父类对象，而不是它的引用类型

2．执行就近原则：对于同名字段或者方法，编译器是按照其顺序查找来引用的，也就是首先访问离它创建最近的字段或者方法

override重写父类的方法，是在地址列表中覆盖了父类方法的地址，所以如果最终运行的是子类的对象，则执行了子类中的方法（因为覆盖了父类方法的地址）（第一个原则）。

new是在子类中定义了与父类同名的方法，要隐藏父类的同名方法，在编译的时候其实是为父类和子类的这两个方法都分配了地址，只不过父类方法排在前面，而子类方法排在后面（先分配父类类型的方法，在分配子类类型的方法）。就近原则根据定义的类型来决定，这样根据就近原则，如果定义的对象类型为父类，则就近找到父类的方法去执行，而如果定义在子

类的类型，则就近找到子类的方法去执行。

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内存分配：

堆栈内存：

对于分配在堆栈上的局部变量来说，操作系统维护着一个堆栈指针来指向下一个自由空间的地址，并且堆栈的内存地址是由高位到低位向下填充

最后，执行到Main方法的右括号，方法体执行结束，变量x和c的作用域也随之结束，

需要删除变量x和c在堆栈内存中的值，其释放过程和分配过程刚好相反：首先删除c的内存，堆栈指针向上递增2个字节，然后删除x的内存，堆栈指针继续向上递增4个字节，程序执行结

束，此时的内存状况为：

托管堆的内存分配机制：

引用类型的实例分配于托管堆上，而线程栈却是对象生命周期开始的地方。对32位处

理器来说，应用程序完成进程初始化后，CLR将在进程的可用地址空间上分配一块保留的地址空间，它是进程（每个进程可使用4GB）中可用地址空间上的一块内存区域，但并不对应于任何物理内存，这块地址空间即是托管堆。

托管堆又根据存储信息的不同划分为多个区域，其中最重要的是垃圾回收堆（GC Heap）和加载堆（Loader Heap），GC Heap用于存储对象实例，受GC管理；Loader Heap 又分为High-Frequency Heap、Low-Frequency Heap和Stub Heap，不同的堆上又存储不同的信息。Loader Heap最重要的信息就是元数据相关的信息，也就是Type对象，每个Type在Loader Heap上体现为一个Method Table（方法表），而Method Table中则记录了存储的元数据信息，例如基类型、静态字段、实现的接口、所有的方法等等。Loader Heap不受GC控制，其生命周期为从创建到AppDomain 卸载。

TypeHandle，类型句柄，指向对应实例的方法表，每个对象创建时都包含该附加成员，

并且占用4个字节的内存空间。我们知道，每个类型都对应于一个方法表，方法表创建于编译时，主要包含了类型的特征信息、实现的接口数目、方法表的slot数目等。

SyncBlockIndex，用于线程同步，每个对象创建时也包含该附加成员，它指向一块被称为Synchronization Block的内存块，用于管理对象同步，同样占用4个字节的内存空间。

NextObjPtr，由托管堆维护的一个指针，用于标识下一个新建对象分配时在托管堆中所处的位置。CLR初始化时，NextObjPtr位于托管堆的基地址。

，栈的分配是向低地址扩展，而堆的分配是向高地址扩展。

值类型中的引用类型字段和引用类型中的值类型字段，其分配情况又是如何？

这一思考其实是一个问题的两个方面：对于值类型嵌套引用类型的情况，引用类型变量作为值类型的成员变量，在堆栈上保存该成员的引用，而实际的引用类型仍然保存在GC堆上；对于引用类型嵌套值类型的情况，则该值类型字段将作为引用类型实例的一部分保存在GC堆上。在[第八回：品味类型---值类型与引用类型（上）－内存有理]一文对这种嵌套结构，有较详细的分析。对于值类型，你只要记着它总是分配在声明它的地方。

方法保存在Loader Heap的MethodTable中，那么方法调用时又是怎么样的过程？如上文所言，MethodTable中包含了类型的元数据信息，类在加载时会在Loader Heap 上创建这些信息，一个类型在内存中对应一份MethodTable，其中包含了所有的方法、静态字段和实现的接口信息等。对象实例的TypeHandle在实例创建时，将指向MethodTable开始位置的偏移处（默认偏移12Byte），通过对象实例调用某个方法时，CLR根据TypeHandle可以找到对应的MethodTable，进而可以定位到具体的方法，再通过JIT Compiler将IL指令编译为本地CPU指令，该指令将保存在一个动态内存中，然后在该内存地址上执行该方法，同时该CPU指令被保存起来用于下一次的执行。

在MethodTable中，包含一个Method Slot Table，称为方法槽表，该表是一个基于方法实现的线性链表，并按照以下顺序排列：继承的虚方法，引入的虚方法，实例方法和静态方法。方法表在创建时，将按照继承层次向上搜索父类，直到System.Object 类型，如果子类覆写了父类方法，则将会以子类方法覆盖父类虚方法。关于方法表的创建过程，可以参考[第十五回：继承本质论]中的描述。

静态字段的内存分配和释放，又有何不同？

静态字段也保存在方法表中，位于方法表的槽数组后，其生命周期为从创建到AppDomain卸载。因此一个类型无论创建多少个对象，其静态字段在内存中也只有一份。静态字段只能由静态构造函数进行初始化，静态构造函数确保在类型任何对象创建前，或者在任何静态字段或方法被引用前执行，其详细的执行顺序请参考相关讨论。