.NET Core CSharp初級篇 1-7
本節內容為類的生命周期
引言
對象究竟是一個什么東西？對於許多初學者而言，對象都是一個非常抽象的知識點。如果非要用一句話描述，我覺得“萬物皆對象”是對於對象最全面的概述了。本節內容中，我們將以在富土康打工的張全蛋組裝一台水果手機作為例子，詳細的講解面向對象的各個方面。
對象類的構造
“張全蛋，你去水果公司，把他們的組裝零件需求清單帶過來~，並且還要帶上組裝的技術說明書。”車間主任吆喝着叫張全蛋辦事。張全蛋前往了水果公司，如願以償的拿到了他想要的東西，組裝零件清單上寫着:
- amoled屏幕*1
- 電池3000MA *1
- CPU*1
- 內存*1
技術說明上寫着：
- 組裝零件：屏幕放置在頂部，電池在底部，中間夾着PCB板，PCB上面封住CPU和內存
- 開機方法：長按開機鍵三秒
限於篇幅，我們只列舉這些，你可以發現，我們的組裝清單上面，事實上就是我們手機的組成部分，需要占用手機內部空間，並且是這個手機的重要組成參數。這就和我們類中的屬性和字段的功能是一樣的；而技術說明，是對於這里的具體操作，他們是一個工序，一個操作，並不是一個實體，因此他們就是和我們類中的函數是一個意思。
突然一位老員工對張全蛋說，其實啊，每一款水果手機都幾乎沒多大差別，你可以在機器中預設好內存大小和CPU的型號，這樣你就可以直接將模具做好了。面對這種情況，張全蛋想出了一個絕妙的方法，那就是在構造函數中傳入參數。
因此我們可以構造出這樣一個類
class FruitPhone
{
public FruitPhone(int msize,string cpuType)
{
CpuType = cpuType;
MemSize = msize;
}
public string ScreenType{get;set}
public string CpuType{get;set;}
public int MemSize{get;set;}
public int Battery{get;set;}
void Make()
{
//todo
}
void Open()
{
//todo
}
}
對象的出生
對象就像個體的人，生而入世，死而離世。我們的故事就從對象之生開始吧。首先，看看在上面的例子中，一個對象是如何出生的。
FruitPhone p = new FruitPhone(2,"A12");
我們通過調用構造函數，成功的創造了一個手機對象，在手機被創建的同時，雖然我們還沒有組裝好屏幕一類的，但是我們在手機模具中也需要預留他們的空間，因此在對象實例化的時候，其內部的每個字段都會被初始化。
對於屏幕和電池一類的，我們后續可能會根據成本等等進行調整，對
象的出生也只是完成了對必要字段的初始化操作，其他數據要通過后面的操作來完成。例如對屬性賦值，通過方法獲取必要的信息等。
對象在內存中的創建過程
關於內存的分配，首先應該了解分配在哪里的問題。CLR 管理內存的區域，主要有三塊，分別為：
- 線程的堆棧，用於分配值類型實例。堆棧主要由操作系統管理，而不受垃圾收集器的控制，當值類型實例所在方法結束時，其存儲單位自動釋放。棧的執行效率高，但存儲容量有限。
- GC 堆，用於分配小對象實例。如果引用類型對象的實例大小小於 85000 字節，實例將被分配在 GC 堆上，當有內存分配或者回收時，垃圾收集器可能會對 GC 堆進行壓縮，詳情見后文講述。
- LOH（Large Object Heap）堆，用於分配大對象實例。如果引用類型對象的實例大小不小於 85000 字節時，該實例將被分配到 LOH 堆上，而 LOH 堆不會被壓縮，而且只在完全 GC 回收時被回收。
對於分配在堆棧上的局部變量來說，操作系統維護着一個堆棧指針來指向下一個自由空間的地址，並且堆棧的內存地址是由高位到低位向下填充。
而對於引用類型的實例分配於托管堆上，而線程棧卻是對象生命周期開始的地方。對 32 位處理器來說，應用程序完成進程初始化后，CLR 將在進程的可用地址空間上分配一塊保留的地址空間，它是進程（每個進程可使用 4GB）中可用地址空間上的一塊內存區域，但並不對應於任何物理內存，這塊地址空間即是托管堆。托管堆又根據存儲信息的不同划分為多個區域，其中最重要的是垃圾回收堆（GC Heap）和加載堆（Loader Heap），GC Heap 用於存儲對象實例，受 GC 管理；Loader Heap 又分為 High-Frequency Heap、Low-Frequency Heap 和 Stub Heap，不同的堆上又存儲不同的
信息。Loader Heap 最重要的信息就是元數據相關的信息，也就是 Type 對象，每個 Type 在 Loader Heap 上體現為一個 Method Table（方法表），而 Method Table 中則記錄了存儲的元數據信息，例如基類型、靜態字段、實現的接口、所有的方法等等。Loader Heap 不受 GC 控制，其生命周期為從創建到 AppDomain 卸載。
對於本例中的對象創建，首先會在棧中聲明一個指向堆中數據的指針（引用），它占用4個字節，然后調用newobj指令，搜索該類是否含有父類，如果有，則從父類開始分配內存，對於本例中，FruitPhone對象所需要的內存為4字節的string引用兩個，4字節的int*2。實例對象所占的字節總數還要加上對象附加成員所需的字節總數，其中附加成員包括 TypeHandle 和 SyncBlockIndex，共計 8 字節（在 32 位 CPU 平台下），共計24字節。
CLR 在當前 AppDomain 對應的托管堆上搜索，找到一個未使用的 20 字節的連續空間，並為其分配該內存地址。事實上，GC 使用了非常高效的算法來滿足該請求，NextObjPtr 指針只需要向前推進 20 個字節，並清零原 NextObjPtr 指針和當前 NextObjPtr 指針之間的字節，
然后返回原 NextObjPtr 指針地址即可，該地址正是新創建對象的托管堆地址，也就是p引用指向的實例地址。而此時的 NextObjPtr 仍指向下一個新建對象的位置。注意，棧的分配是向
低地址擴展，而堆的分配是向高地址擴展。
最后，調用對象構造器，進行對象初始化操作，完成創建過程。該構造過程，又可細分為
以下幾個環節：
- 構造 FruitPhone 類型的 Type 對象，主要包括靜態字段、方法表、實現的接口等，並將其
分配在上文提到托管堆的 Loader Heap 上。 - 初始化 p 的兩個附加成員：TypeHandle 和 SyncBlockIndex。將 TypeHandl
e 指針指向 Loader Heap 上的 MethodTable，CLR 將根據 TypeHandle 來定位具體的 Type；
將 SyncBlockIndex 指針指向 Synchronization Block 的內存塊，用於在多線程環境下對實例
對象的同步操作。 - 調用 FruitPhone 的構造器，進行實例字段的初始化。實例初始化時，會首先向上遞歸執
行父類初始化，直到完成 System.Object 類型的初始化，然后再返回執行子類的初始化，直到
執行 FruitPhone 類為止。以本例而言，初始化過程為首先執行 System.Object 類，直接執行 FruitPhone。最終，newobj 分配的托管堆的內存地址，被傳遞給 FruitPhone 的 thi
s 參數，並將其引用傳給棧上聲明的 p。
上述過程，基本完成了一個引用類型創建、內存分配和初始化的整個流程，然而該過程只能看作是一個簡化的描述，實際的執行過程更加復雜，涉及到一系列細化的過程和操作。
(插入內存圖像)
補充
靜態字段的內存分配和釋放，又有何不同？
靜態字段也保存在方法表中，位於方法表的槽數組后，其生命周期為從創建到 AppDomain
卸載。因此一個類型無論創建多少個對象，其靜態字段在內存中也只有一份。靜態字段只能由靜
態構造函數進行初始化，靜態構造函數確保在類型任何對象創建前，或者在任何靜態字段或方法
被引用前執行，其詳細的執行順序請參考相關討論。
對象的消亡
在這一部分，我們首先觀察對象之死，以此反思和體味人類入世的哲學，兩者相比較，也會給我們更多關於自己的啟示。對象的生命周期由 GC 控制，其規則大概是這樣：GC 管理所有的托管堆對象，當內存回收執行時，GC 檢查托管堆中不再被使用的對象，並執行內存回收操作。不被應用程序使用的對象，指的是對象沒有任何引用。關於如何回收、回收的時刻，以及遍歷可回收對象的算法，是較為復雜的問題，我們將在 后續進行深度探討。不過，這個回收的過程，同樣使我們感慨。大自然就是那個看不見的 GC，造物而又終將萬物回收，無法改變。我們所能做到的是，將生命的周期拓寬、延長、書寫得更加精彩
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Reference
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