- Em C# existem instâncias de duas formas de valores: value types (o valor em si) e referênciasreferências para outras instâncias.
- Existe o conceito de "locais de armazenagem" que podem armazenar valores.
- Todo valor manipulado por um programa está em um "local de armazenagem".
- Toda referência, exceto as nulas, apontam para um "local de armazenagem".
- Todo "local de armazenagem" tem um tempo de vida onde seu conteúdo é válido.
- O código de um método pode requisitar um "local de armazenagem".
- Se o "local de armazenagem" é necessário somente durante o tempo de ativação (simplificadamente, período em que o método está em execução), ele é chamado de "vida curta". Se o "local de armazenagem" é necessário por um tempo mais longo que esse, ele é chamado "vida longa".
Tipos que são por referência (reference types) realmente tem seus dados (o objeto em si) no heap (memória comum à toda a aplicação gerenciada pelo garbage collector). IstoIsso é um detalhe de implementação, mas é certo que funciona assim nas vers~eos atuais. E claro, estesesses tipos possuem uma referência (um ponteiro, um endereço de memória) que é guardada em algum lugar ("local de armazenagem").
Tipos por valor deveriam ser imutáveis. Portando qualquer transporte do seu valor deve ser feito através de cópia integral dos seus membros, exceto se for explicitamente determinado que istoisso deva ser feito por referência (notadamente com modificador ref
em argumentos de métodos, e retorno a partir de de C# 7).
string
é tipo por referência. Você acha que há algum erro ou "má prática" na criação destadessa estrutura que é value type?
Uma estrutura não tem overheadoverhead de memória. O tamanho de uma estrutura é sempre a soma dos tamanhos de seus membros (lembrando que no exemplo acima o tamanho dos membros é o tamanho da referência), levando em consideração também o alinhamento de dados(en). O tamanho dela não é o mesmo que o espaço ocupado na memória.
Se um value type faz parte de um outro reference type como membro, onde esse valor vai ser armazenado?
Ora, se uma classe (um tipo por referência) é montada como uma sequência de membros de outros tipos, o conteúdo real desta classe (o objeto e não a sua referência) está no heap.
Se um tipo por valor faz parte de outro tipo que certamente está armazenado no heap, como ele pode estar armazenado na pilha?
Simples, ele não está. Veja:
public class Carro {
public string Nome;
public int Status;
public bool EhNovo;
public DataTime DataDaVenda;
public Decimal ValorDaVenda;
}
O exemplo possui falhas mas o que é importante é que cada instância desta classe possuirá armazenado:
- 4 bytes da referência do membro
Nome
;
- 4 bytes do membro
Status
;
- 1 byte (em tese, desconsiderando alinhamento) do membro
EhNovo
;
- 8 bytes do membro
DataDaVenda
;
- 16 bytes do membro
ValorDaVenda
.
Todos estes espaços permitem armazenar os seus valores no heap, onde uma instância da classe Carro
estará armazenada. No caso do membro Nome
possivelmente terá ainda uma outra parte armazenada no heap - desde que ela não seja uma referência nula - mas que poderá estar em qualquer outro lugar da memória e não junto com o objeto instanciado do tipo Carro
, apenas por coincidência podem estar em sequência.
Coloquei no GitHub para referência futura.
O exemplo possui falhas mas o que é importante é que cada instância desta classe possuirá armazenado:
- 4 bytes da referência do membro `Nome`;
- 4 bytes do membro `Status`;
- 1 byte (em tese, desconsiderando alinhamento) do membro `EhNovo`;
- 8 bytes do membro `DataDaVenda`;
- 16 bytes do membro `ValorDaVenda`.
Todos estes espaços permitem armazenar os seus valores no *heap*, onde uma instância da classe `Carro` estará armazenada. No caso do membro `Nome` possivelmente terá ainda uma outra parte armazenada no *heap* - desde que ela não seja uma referência nula - mas que poderá estar em qualquer outro lugar da memória e não junto com o objeto instanciado do tipo `Carro`, apenas por coincidência podem estar em sequência.
E se a classe for uma lista de inteiros? Algo como:
var notas = new List<int> { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
EstesEsses inteiros, que são value types, fazem parte do conteúdo da coleção. Onde eles ficarão armazenados?
No heap também. Internamente, em última análise, todos os elementos desta lista são armazenados em um array, que é apenas uma sequencia de dados do tipo definido. O List
é uma classe, portanto um reference type e todos os seus dados ficam no heap.
E se eu capturar uma variável local do tipo int
de um método em um delegate que será exposto para outras partes da aplicação. Onde este int
local ficará armazenado?
No heap também. É a única forma de manter um dado vivo que era local e sobreviveu através de um delegate. Quando esteesse dado local é capturado por um delegate, formando uma closure, ele passa fazer parte da classe que encapsula o delegate, através de uma referência, portanto faz parte de algo que está no heap e seu tempo de vida é controlado pelo garbage collector (poderá ser coletado quando o delegate não for referenciado pela aplicação).
Se você quiser calcular o tamanho de um List<string>
com 1000 elementos nulos, a grosso modo - esquece os outros membros do objeto List
e o overhead que todo objeto por referência tem - qual seria o tamanho ocupado no heap por esta lista em uma arquitetura 32 bits?
Cada referência ocupará 4 bytes (32 bits == 4 bytes) por elemento na lista. 4 x 1000 elementos = 4000 bytes. Só isso.
E os dados das strings
em si? Se todas são nulas, não há mais nenhum consumo. Mas se você inicializar todas as 1000 strings
com algum texto, o consumo geral da memória certamente vai aumentar porque 1000 objetos do tipo string
deverão ser alocados. Mas o consumo do objeto do tipo List
não vai mudarmudará nada. As referências continuam ocupando o mesmo espaço. Claro que o conteúdo de todas essas referências eram 0 (o endereço convencionado para indicar nulo) e passam a ter outros valores da posição de memória onde cada string
foi alocada (algumas já poderiam até já estar alocadas por interning, mas isso é outra estória).
Podemos concluir que value types que sobrevivem aà execução de um método são armazenados no heap. Esta é a conclusão correta. E é impressionante como sobrevive o mito da relação entre alocação e forma de representação do objeto.
Records
C# 9 e 10 introduziram record
s por referência e por valor respectivamente.
Veja esta resposta para entender melhor oa stack e o heap.