面试题：C#中指针和引用类型在内存管理上的主要区别

Question

请详细阐述C#中指针和引用类型在内存管理方面的主要差异，包括它们在栈和堆上的存储方式，以及垃圾回收机制对它们的影响。

Answer 1

1. 栈和堆上的存储方式

• 指针：
  • 存储位置：指针变量本身存储在栈上，它保存的是另一个变量在内存中的地址。例如，在C# 中使用unsafe代码定义指针int* ptr;，ptr这个指针变量存于栈，它指向的实际int型数据存储位置不定，取决于具体分配情况。
  • 访问方式：通过指针直接操作内存地址来访问所指向的数据。如*ptr表示访问指针ptr所指向的内存位置的值。
• 引用类型：
  • 存储位置：引用类型的变量本身存储在栈上，而其实际的数据内容存储在堆上。例如string str = "Hello";，str这个引用存于栈，而实际的字符串“Hello”存于堆。
  • 访问方式：通过栈上的引用找到堆上的数据进行访问。如对str操作，实际是通过栈上的引用找到堆上字符串数据操作。

2. 垃圾回收机制对它们的影响

• 指针：
  • 手动管理：在C# 中使用指针时处于unsafe上下文，垃圾回收器不会自动管理指针指向的内存。开发人员需要手动负责分配和释放内存，否则容易造成内存泄漏。例如使用Marshal.AllocHGlobal分配非托管内存后，需调用Marshal.FreeHGlobal释放。
  • 与GC关系：指针操作可能干扰垃圾回收器正常工作，因为垃圾回收器基于特定算法移动和整理堆内存，指针可能指向已被移动或回收的内存区域，引发错误。
• 引用类型：
  • 自动管理：垃圾回收器负责管理引用类型在堆上分配的内存。当一个引用类型对象不再被任何变量引用（即没有可达路径），垃圾回收器会在适当时候回收该对象占用的内存。例如string str = "Hello"; str = null;，当str设为null后，原“Hello”字符串对象若没有其他引用，垃圾回收器会回收其内存。
  • 标记清除算法：垃圾回收器采用标记 - 清除等算法，首先标记所有可达对象，然后清除未标记（不可达）对象占用的内存空间，完成对引用类型内存的自动回收。