O local em que a alocação da memória é feita é somente determinado pelo seu tempo de vida e não pelo tipo de dado.

 - Em C# existem instâncias de duas formas de valores: *value types* (o valor em si) e referências 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".

# Reference types

[Tipos que são por referência][1] (*reference types*) realmente tem seus dados (o objeto em si) no *heap* (memória comum à toda a aplicação gerenciada pelo *[garbage collector][2]*). Isto é um detalhe de implementação, mas é certo que funciona assim. E claro, estes tipos possuem uma referência (um ponteiro, um endereço de memória) que é guardada em algum lugar ("local de armazenagem").

A referência em si (não o objeto que ela aponta) é um tipo de valor (*value type*) também.

Quando o compilador ou o [JITter][3] não pode determinar ao certo o tempo de vida de um "local de armazenagem", o caminho mais seguro é usado, portanto o *heap* é utilizado.

# Value types

Tipos por valor deveriam ser [imutáveis][4]. Portando qualquer transporte do seu valor deve ser feito através de cópia integral dos seus membros, exceto se for explicitamente determinado que isto deva ser feito por referência (notadamente com modificador `ref` em argumentos de métodos, e retorno a partir de de C# 7).

### Uma curiosidade:

    struct Textos {
        private string Texto1;
        private string Texto2;
        ... aqui vão os construtores e métodos/propriedades de acesso e alteração dos membros, garantindo a imutabilidade ...
    }

`string` é tipo por referência. Você acha que há algum erro ou "má prática" na criação desta estrutura que é *value type*?

Nenhum problema. A estrutura é curta (8 bytes em 32 bits ou 16 bytes quando está em 64 bits), é imutável, e possivelmente tem outras características desejáveis para um tipo por valor (como o exemplo não é completo, só podemos imaginar isso).

Dentro desta estrutura guarda-se apenas duas referências para `strings`. Nada mais que isso. Os textos que são os valores destas `strings` ficam guardados no *heap* (até isto é um pouco mais complicado por causa do *[interning][5]*<sup>(en)</sup>). Para todos os efeitos `Textos` é uma estrutura que apenas guarda duas referências (ponteiros).

### Utilização de memória

Uma estrutura não tem *overhead* 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][6]<sup>(en)</sup>.

Os tipos que são armazenados por valor podem estar em diversos lugares.

Se procurar [fontes confiáveis][7]<sup>(en)</sup> verá que a alocação destes tipos é um pouco mais complicada do que a maioria dos programadores .NET entendem.

 - O valor (que é o próprio objeto) pode estar em um registrador por otimização do [JITter][3]. O [CLR][8] sabe como lidar com isso. Enumeradores costumam ser colocados em registrador para otimizar *loops*.
 - O valor pode estar na pilha como todo mundo imagina, isso é bem comum. Estes são os dados que estão diretamente vinculados aos métodos (você os acessa através de variáveis locais).
 - O valor pode estar no *heap* por estar envelopado em algum outro tipo, uma classe, um *array*, etc.

O último ponto merece maiores detalhes.

 - 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.

 - 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 };

 - Estes 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 este 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).

Como se vê, existem várias formas em que um dado por valor pode estar no *heap*.

A referência em si para objetos (o dado concreto) são valores também. Acho que já ficou claro que a referência propriamente dita também pode estar nestes três locais.

Por exemplo, quando você tem uma lista de `strings` (`List<string>`), o que é armazenado nesta lista são as referências para cada uma das `strings`, para cada um dos textos.

 - 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 mudar 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 a 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.

# Memória virtual

A coisa fica um pouco mais complicada porque qualquer dado pode nem estar na memória RAM, pode estar em uma forma de armazenamento de massa. Há um outro equívoco comum em achar que tudo o que mandamos alocar na memória vai parar na memória física. Ela vai para a memória virtual que pode estar fisicamente em um disco rígido, por exemplo. Mas isso é outro assunto.

# Conclusão

"Todo mundo" "sabe" onde o dado é alocado e isto costuma ser irrelevante. Saber que o importante é o tempo de vida do objeto nem sempre faz parte da ciência do programador.

Outras estratégias são possíveis. Ressalto que tudo isso é detalhe de implementação atual do CLR.

Lembre-se sempre que a forma ou tipo de um valor e o "local de armazenagem" são conceitos distintos.

Veja [esta resposta][9] para entender melhor o *stack* e o *heap*.

Referências:

[Parte 1][10] e [parte 2][11] do artigo do Eric Lippert.


  [1]: https://pt.stackoverflow.com/q/16181/101
  [2]: http://pt.wikipedia.org/wiki/Coletor_de_lixo_%28inform%C3%A1tica%29
  [3]: https://pt.stackoverflow.com/q/146250/101
  [4]: http://pt.wikipedia.org/wiki/Objeto_imut%C3%A1vel
  [5]: http://en.wikipedia.org/wiki/String_interning
  [6]: http://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment
  [7]: https://docs.microsoft.com/en-us/archive/blogs/ericlippert/the-truth-about-value-types?WT.mc_id=DOP-MVP-5002397
  [8]: https://pt.stackoverflow.com/q/51281/101
  [9]: https://pt.stackoverflow.com/questions/3797/o-que-sao-e-onde-estao-o-stack-e-heap/15698#15698
  [10]: https://docs.microsoft.com/en-us/archive/blogs/ericlippert/archive/2009/04/27/the-stack-is-an-implementation-detail.aspx?WT.mc_id=DOP-MVP-5002397
  [11]: https://docs.microsoft.com/en-us/archive/blogs/ericlippert/archive/2009/05/04/the-stack-is-an-implementation-detail-part-two.aspx?WT.mc_id=DOP-MVP-5002397