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Sempre entendi, até por ter visto isto primeiro no C++, que o new é usado para alocar memória no heap. Ao mesmo tempo que no C# dá para usar esse comando em structs que sabemos que é um tipo por valor, e geralmente é alocado no stack. Se usar new a alocação ocorre no heap? E sem ele é no stack?

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O primeiro ponto é que há fortes diferenças entre C++ e C#, começando que struct em C# é muito mais específico que em C++. Toda tipagem dessas linguagens são diferentes. E o gerenciamento de memória também.

Outro ponto importante é que structs e outros tipos por valor podem estar no heap, e qualquer linguagem é assim, porque um tipo por valor pode estar dentro de outro tipo por valor ou por referência. Os tipos por referência podem estar nos dois locais, mas no passado C# só podia estar no heap.

Até hoje, mas pode mudar, C# tem classes, que são tipos por referência, que só podem estar no heap.

Um tipo por valor pode estar no heap sempre que estiver dentro de uma classe.

Tipos por valor podem sofrer o chamado boxing e virar uma classe sem você perceber.

Ao contrário do C++, desafortunadamente, o new do C# não indica que está alocando memória no heap. Indica que alocará memória, mas pode ser em qualquer lugar. O que faz ele perder um pouco o sentido. Em C# ele existe mais para indicar que está usando um construtor e não uma função normal, já que a sintaxe de chamada do construtor e função normal, são idênticas, então serve para não deixar ambíguo para leitura.

Então, resumidamente falando, o new pode alocar na pilha. Ou alocar no heap, mas em forma de valor, ao contrário do new do C++ que sempre gera um ponteiro, então é um por referência.

Indo além, a especificação fala pouco sobre como ele deve proceder, então um compilador é livre para otimizar e fazer o que quiser, dentro de apenas algumas poucas restrições.

O contexto exato de onde e como o new é usado pode mudar muita coisa como o compilador e o .NET trata isso, não conte com algo fixo, definitivo e universal, consulte a documentação.

Veja só (coloquei no GitHub para referência futura):

using System;

public class Test {
    static Guid field;
    static void Main() {}
    static void MethodTakingGuid(Guid guid) {}

    static void ParameterisedCtorAssignToField() => field = new Guid("");

    static void ParameterisedCtorAssignToLocal() {
        Guid local = new Guid("");
        // Forçando o valor a ser usado
        local.ToString();
    }

    static void ParameterisedCtorCallMethod() => MethodTakingGuid(new Guid(""));

    static void ParameterlessCtorAssignToField() => field = new Guid();

    static void ParameterlessCtorAssignToLocal() {
        Guid local = new Guid();
        // Forçando o valor a ser usado
        local.ToString();
    }

    static void ParameterlessCtorCallMethod() => MethodTakingGuid(new Guid());
}

E como o CIL é gerado no SharpLab:

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Reflection;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Security;
using System.Security.Permissions;
using Microsoft.CodeAnalysis;

[assembly: CompilationRelaxations(8)]
[assembly: RuntimeCompatibility(WrapNonExceptionThrows = true)]
[assembly: Debuggable(DebuggableAttribute.DebuggingModes.Default | DebuggableAttribute.DebuggingModes.IgnoreSymbolStoreSequencePoints | DebuggableAttribute.DebuggingModes.EnableEditAndContinue | DebuggableAttribute.DebuggingModes.DisableOptimizations)]
[assembly: SecurityPermission(SecurityAction.RequestMinimum, SkipVerification = true)]
[assembly: AssemblyVersion("0.0.0.0")]
[module: UnverifiableCode]
[module: System.Runtime.CompilerServices.RefSafetyRules(11)]

public class Test
{
    private static Guid field;

    private static void Main()
    {
    }

    private static void MethodTakingGuid(Guid guid)
    {
    }

    private static void ParameterisedCtorAssignToField()
    {
        field = new Guid("");
    }

    private static void ParameterisedCtorAssignToLocal()
    {
        new Guid("").ToString();
    }

    private static void ParameterisedCtorCallMethod()
    {
        MethodTakingGuid(new Guid(""));
    }

    private static void ParameterlessCtorAssignToField()
    {
        field = default(Guid);
    }

    private static void ParameterlessCtorAssignToLocal()
    {
        default(Guid).ToString();
    }

    private static void ParameterlessCtorCallMethod()
    {
        MethodTakingGuid(default(Guid));
    }
}

namespace Microsoft.CodeAnalysis
{
    [CompilerGenerated]
    [Embedded]
    internal sealed class EmbeddedAttribute : Attribute
    {
    }
}

namespace System.Runtime.CompilerServices
{
    [CompilerGenerated]
    [Microsoft.CodeAnalysis.Embedded]
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Module, AllowMultiple = false, Inherited = false)]
    internal sealed class RefSafetyRulesAttribute : Attribute
    {
        public readonly int Version;

        public RefSafetyRulesAttribute(int P_0)
        {
            Version = P_0;
        }
    }
}

Código aproveitado da resposta do Jon Skeet.

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Se usar new a alocação ocorre no heap? E sem ele é no stack?

Em C#, é sempre necessário usar new, seja para classe, seja para struct.

new em classes alocam no heap, e new em structs alocam em no stack. Essa é a regra geral. No entanto, isso não vale para todos os casos.

structs podem ser alocados no heap quando necessário, por exemplo, em situações onde o armazenamento do struct sobrevive ao stack frame onde ela foi criado.

No código abaixo, alguns gigabytes de long, que são struct, são alocados no heap, para serem preservados na coleção, até que o código morre por exaurir a memória RAM disponível (cuidado ao rodar esse código em computadores com swap ligado).

public static void Main (string [] args)
{
    var list = new List<long> ();
    for (int i = 0; i < int.MaxValue; i++)
        list.Add (i);
}

Ou seja, struct podem ser ou acabar alocados no heap.

Por outro lado, é possível alocar objetos passados por referência no stack. Arrays são objetos passados por referência, assim como classes, e podem ser explicitamente alocados no stack. O código abaixo, o espaço de memória que suporta do Span<T> pode ter sido alocado no heap ou no stack.

int length = 1000;
Span<byte> buffer = length <= 1024 ? stackalloc byte[length] : new byte[length];

Além disso, classes normais poderão ser alocados no heap no futuro, como uma forma de otimização. A ideia é que objetos simples, que só são referenciados dentro de variáveis locais de métodos e que não "escapam", podem ser criados e destruídos no stack, nunca alocados no heap, já não são referenciados de nenhuma outra forma de fora do stack em questão.

Isso está em desenvolvimento, e pode ser acompanhados em nesse issue: https://github.com/dotnet/runtime/issues/11192


Em resumo:

  1. Sempre tem de usar new;
  2. new as vezes aloca no heap, as vezes aloca no stack;
  3. Classes são alocados no heap (pode mudar no futuro);
  4. Structs são alocados no stack (mas podem acabar no heap).

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