.NET Core CSharp初级篇1-7 类的生命历程
.net core csharp初级篇 1-7
本节内容为类的生命周期
引言
对象究竟是一个什么东西？对于许多初学者而言，对象都是一个非常抽象的知识点。如果非要用一句话描述，我觉得“万物皆对象”是对于对象最全面的概述了。本节内容中，我们将以在富土康打工的张全蛋组装一台水果手机作为例子，详细的讲解面向对象的各个方面。
对象类的构造
“张全蛋，你去水果公司，把他们的组装零件需求清单带过来~，并且还要带上组装的技术说明书。”车间主任吆喝着叫张全蛋办事。张全蛋前往了水果公司，如愿以偿的拿到了他想要的东西，组装零件清单上写着:
- amoled屏幕*1
- 电池3000ma *1
- cpu*1
- 内存*1
技术说明上写着：
- 组装零件：屏幕放置在顶部，电池在底部，中间夹着pcb板，pcb上面封住cpu和内存
- 开机方法：长按开机键三秒
限于篇幅，我们只列举这些，你可以发现，我们的组装清单上面，事实上就是我们手机的组成部分，需要占用手机内部空间，并且是这个手机的重要组成参数。这就和我们类中的属性和字段的功能是一样的；而技术说明，是对于这里的具体操作，他们是一个工序，一个操作，并不是一个实体，因此他们就是和我们类中的函数是一个意思。
突然一位老员工对张全蛋说，其实啊，每一款水果手机都几乎没多大差别，你可以在机器中预设好内存大小和cpu的型号，这样你就可以直接将模具做好了。面对这种情况，张全蛋想出了一个绝妙的方法，那就是在构造函数中传入参数。
因此我们可以构造出这样一个类
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
}
}
对象的出生
对象就像个体的人，生而入世，死而离世。我们的故事就从对象之生开始吧。首先，看看在上面的例子中，一个对象是如何出生的。
fruitphone p = new fruitphone(2,"a12");
我们通过调用构造函数，成功的创造了一个手机对象，在手机被创建的同时，虽然我们还没有组装好屏幕一类的，但是我们在手机模具中也需要预留他们的空间，因此在对象实例化的时候，其内部的每个字段都会被初始化。
对于屏幕和电池一类的，我们后续可能会根据成本等等进行调整，对
象的出生也只是完成了对必要字段的初始化操作，其他数据要通过后面的操作来完成。例如对属性赋值，通过方法获取必要的信息等。
对象在内存中的创建过程
关于内存的分配，首先应该了解分配在哪里的问题。clr 管理内存的区域，主要有三块，分别为：
- 线程的堆栈，用于分配值类型实例。堆栈主要由操作系统管理，而不受垃圾收集器的控制，当值类型实例所在方法结束时，其存储单位自动释放。栈的执行效率高，但存储容量有限。
- gc 堆，用于分配小对象实例。如果引用类型对象的实例大小小于 85000 字节，实例将被分配在 gc 堆上，当有内存分配或者回收时，垃圾收集器可能会对 gc 堆进行压缩，详情见后文讲述。
- loh（large object heap）堆，用于分配大对象实例。如果引用类型对象的实例大小不小于 85000 字节时，该实例将被分配到 loh 堆上，而 loh 堆不会被压缩，而且只在完全 gc 回收时被回收。
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*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。
而对于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。
对于本例中的对象创建，首先会在栈中声明一个指向堆中数据的指针（引用），它占用4个字节，然后调用newobj指令，搜索该类是否含有父类，如果有，则从父类开始分配内存，对于本例中，fruitphone对象所需要的内存为4字节的string引用两个，4字节的int*2。实例对象所占的字节总数还要加上对象附加成员所需的字节总数，其中附加成员包括 typehandle 和 syncblockindex，共计 8 字节（在 32 位 cpu 平台下），共计24字节。
clr 在当前 appdomain 对应的托管堆上搜索，找到一个未使用的 20 字节的连续空间，并为其分配该内存地址。事实上，gc 使用了非常高效的算法来满足该请求，nextobjptr 指针只需要向前推进 20 个字节，并清零原 nextobjptr 指针和当前 nextobjptr 指针之间的字节，
然后返回原 nextobjptr 指针地址即可，该地址正是新创建对象的托管堆地址，也就是p引用指向的实例地址。而此时的 nextobjptr 仍指向下一个新建对象的位置。注意，栈的分配是向
低地址扩展，而堆的分配是向高地址扩展。
最后，调用对象构造器，进行对象初始化操作，完成创建过程。该构造过程，又可细分为
以下几个环节：
- 构造 fruitphone 类型的 type 对象，主要包括静态字段、方法表、实现的接口等，并将其
分配在上文提到托管堆的 loader heap 上。 - 初始化 p 的两个附加成员：typehandle 和 syncblockindex。将 typehandl
e 指针指向 loader heap 上的 methodtable，clr 将根据 typehandle 来定位具体的 type；
将 syncblockindex 指针指向 synchronization block 的内存块，用于在多线程环境下对实例
对象的同步操作。 - 调用 fruitphone 的构造器，进行实例字段的初始化。实例初始化时，会首先向上递归执
行父类初始化，直到完成 system.object 类型的初始化，然后再返回执行子类的初始化，直到
执行 fruitphone 类为止。以本例而言，初始化过程为首先执行 system.object 类，直接执行 fruitphone。最终，newobj 分配的托管堆的内存地址，被传递给 fruitphone 的 thi
s 参数，并将其引用传给栈上声明的 p。
上述过程，基本完成了一个引用类型创建、内存分配和初始化的整个流程，然而该过程只能看作是一个简化的描述，实际的执行过程更加复杂，涉及到一系列细化的过程和操作。
(插入内存图像)
补充
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。
对象的消亡
在这一部分，我们首先观察对象之死，以此反思和体味人类入世的哲学，两者相比较，也会给我们更多关于自己的启示。对象的生命周期由 gc 控制，其规则大概是这样：gc 管理所有的托管堆对象，当内存回收执行时，gc 检查托管堆中不再被使用的对象，并执行内存回收操作。不被应用程序使用的对象，指的是对象没有任何引用。关于如何回收、回收的时刻，以及遍历可回收对象的算法，是较为复杂的问题，我们将在 后续进行深度探讨。不过，这个回收的过程，同样使我们感慨。大自然就是那个看不见的 gc，造物而又终将万物回收，无法改变。我们所能做到的是，将生命的周期拓宽、延长、书写得更加精彩
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