Какие отличие между значимыми и ссылочными типами? Зачем придумали такое разделение? Нельзя было придумать только либо значимые либо ссылочные?

Question

[Vadim Nikiforov]

Какие отличие между значимыми и ссылочными типами?

Значимые типы (value type) хранятся в стеке. Стек - это структура данных, которая растет снизу вверх: каждый новый элемент помещаются поверх предыдущего. Время жизни переменных таких типов ограничено их контекстом. Физически стек - это некоторая область памяти в адресном пространстве. А ссылочные типы (reference type) хранятся в куче, это другая область памяти, которую можно представить как неупорядоченный набор различных объектов. Когда создаётся объект ссылочного типа в стеке помещается ссылка на адрес в куче. Когда этот объект перестает использоваться, то ссылка уничтожается, а память в куче очищается.
Может у кого есть что добавить?

Зачем придумали такое разделение?

Нельзя было придумать только либо значимые либо ссылочные?

Comments

[Dmitry Roo]

Непонятно что вас смущает.
Вам какое не нравится из этих двух решений?

[Vadim Nikiforov]

Dmitry Roo, У вас ответ на этот вопрос такой же как ответ на этот: У вас есть сайт, вы заметили что он долго отвечает, как вы будете искать причину?) Пну джуна, который им занимается :) Мне просто задали такой интересный вопрос и я не знаю как на него ответь :)

[Dmitry Roo]

Vadim Nikiforov, а это не ответ, а уточнение.
Вопрос "почему так?" мне еще понятен, а вот "Нельзя было придумать только либо значимые либо ссылочные?" - что-то не очень. Можно было, неверное, но уже было неплохое решение в джаве, решили, видимо, сделать так же.

[Vadim Nikiforov]

Dmitry Roo, Ну да) Помню что Microsoft создали .NET и C#, можно сказать как ответ на Java и конечно многое было скопировано. Нужно еще раз в книге почитать об этом) Уже хоть что-то) Many thanks!)

Answer 1

[insighter]

Все хранить в стеке невозможно для обычных программ.
Все хранить в куче реально (достаточно упаковывать все valued-переменные), но очень и очень не оптимально. Работа со стеком гораздо быстрее, для работы с ним есть специализированные регистры процессора, а для того чтобы обратится к участку произвольной памяти компьютера даже на низком уровне надо сделать много операций. И очищается стек моментально, никаких сборщиков мусора не нужно.

Comments

[Feinlord]

"Работа со стеком гораздо быстрее", не всегда и не везде, по этому есть разделение и куча.

[insighter]

Feinlord, пример можно?

[Роман]

insighter, Стек ничем от произвольной памяти не отличается. Да и каких много операций надо сделать, чтобы к участку памяти обратиться?

[insighter]

Роман, я не говорил, что стек от памяти отличается, я говорил что работа с ними отличается. Физически - это одно и тоже.

Ключевой довод в том, что куча - это абстракция её ввели высокоуровневые языки. А стек - нет, это часть архитектуры, которая реализована на уровне процессора.
Я очень упрощу: в процессоре, работа с данными - считывание/запись идет через индексный регистр (сегмент памяти, смещение). Загрузка произвольного адреса в этот регистр дольше по тактам процессора, чем загрузка в этот же регистр значение регистра который ссылается на текущий стек.

Или например инициализация переменных в стеке. PUSH команды одни из самых быстрых.

По части много операций. Процессору нужно получить доступ к физическому сегменту памяти, т.к. даже на уровне процессора адрес произвольной памяти является дескриптором а не физическим адресом. Затем нужно сделать проверки безопасности, память является сегментом данных, принадлежит приложению и т.п. Понятно, что это не растягивается на миллисекунды, но несколько тактов тратится.

[Myclass]

Выражение

А стек - нет, это часть архитектуры, которая реализована на уровне процессора.

не имеет смысла и не есть правильным. Распределением памяти занимается только оперативная система.

[insighter]

Myclass, я написал про самый низший уровень работы, причем здесь операционная система? На том уровне нет операционной системы, есть команды процессора - работа с регистрами и абсолютными адресами памяти.

Для работы со стеком есть регистры, для работы с "кучей" регистров нет, т.к. процессор не знает что такое куча.

[Myclass]

insighter, не совсем понятно, при чём тут регистры - а при чём вопрос, заданый автором.
Вы даже упоминаете проверки безопасности итд. Всё это делает ос. Никакой процессор о безопасности не имеет никакого понятия, кроме как исполнить команду или не исполнить в user mode/kernel mode.
Ну да ладно.

[insighter]

Myclass, а по вашему почему нельзя все в куче хранить, зачем какой то стек используется?

[Myclass]

Ну почему нельзя- можно. Просто так легко всё это организовать. Это также как в жизни. У нас есть коробочки для различных шурупы, хотя все можно в кучу скинуть. Просто потом и поиск нужных, а тем более ненужных шурупов усложняется. Например я все шурупы 5 лет назад у себя сдал в утиль - с прямым срезом. Крестовые и шестигранники- на них остался.
Ведь с разными коробочками - проще. Даже, если они не все одинаковые. Хотя ради того, что многие коробки разные - найти нужные - ещё быстрее.

И по факту добавлю. Так раньше со string(ом) и было. Раньше пстроковую переменную не сохранялись по адресу. А сейчас- да. Потому что упрощает изменять, добавлять, убирать части итд. А там, где адрес - там всё стабильно - там никаких изменений. Сколько бай зарезервировать как адрес для строгая, столько и стоит.

[insighter]

Myclass, я честно два раз перечитал и не понял, зачем нужен стек, если все можно в куче хранить. Какая первейшая причина хранить локальные переменные в стеке?

[Myclass]

Не стек, а статическая память выделяется до начала работы программы, а статические переменные создаются и инициализируются до входа в функцию main. Например, при объявлении переменной int а [ 10 ] ; автоматически выделяется 10 ячеек памяти, каждая из которых предназначена для хранения целого значения.

взято здесь

[insighter]

Myclass, правда думал, что вы в теме, но то что вы говорите, извините чушь какая то. Дальше общаться бессмысленно.

[Myclass]

insighter, ну конечно-же. Другого я и не мог от вас услышать. Вас спросили про хранение переменных/объектов, а вы про PUSH & POP.

Дла того, чтобы понять как работает механизм организации переменных, надо во-первых оговорить, говорим-ли мы про c, или нет. Если - да, то надо говорить о том, о каких переменных идёт разговор.

Если это глобальные, то они будут сразу-же после блока с программой и константами установлены. Но и тут один нюанс. Если переменные сразуже инитиализированы, то они укладываются в первой части - в блоке с инитиализированными переменными. Если переменные просто задекларированы, но не имеют значения, то они укладываются во второй части - в блоке с неинитиалиизированными переменными.

Идём дальше. Теперь переменные в функциях - они (с auto: и без оного) - переменные укладываются в стеке, но совсем просто так, а в специальной конструкции как stack frame.
И в этой конструкции укладываются не только локаьные переменные, но и параметры для вызова, адресс возврата, места для переменных, которые будут возвращены назад. Итд.

Для чего последний шаг? Для того, чтобы после выполнения функции - всё, что было связано с этой функцией было за раз удалено. Все локальные переменные за раз. Одним махом.

Если речь идёт о динамических обьектах, то да - они укладываются на heap. Резервирование происходит с malloc() или calloc(). и освобождение с командой free(). И вопрос касался именно - почему то там, то в другом месте. А вы про PUSH и POP. И суть в том, что так для организации удобно. А не потому что PUSH и POP быстрее или нет.

Но это не вся правда. От компилятора тоже многое зависит. От платформы тоже. Единственно возможных вариантов в реализации переменных в памяти нет.

Может быть поймете, что вы описываете не то, о чем вас спрашивают, но вы это как ответ видите, а автор вопроса - все равно как вопрос. Но. Вы правы. Давайте оставим это.

[insighter]

Myclass, какие глобальные переменные??, мы про c# говорим, а не c или c++
У вопроса тэг C# .NET

[Myclass]

Извиняюсь, много смешалось в голове. В с# под это выражение подходят все функциональные переменные у классов с префиксом static - для организации в памяти они глобальные.

[Роман]

Да кстати, вас еще и запутали, поля значимых типов объекта, хранятся в куче, вместе с другой информацией объекта, метаданными и таблицей виртуальных методов. В стеке хранятся только локальные переменные значимых типов, ссылки на ссылочные типы и аргументы функции.

[insighter]

Роман, с моей стороны не стоило так прямо проводить параллель -- значимая переменная = место в стеке. Все таки значимый/ссылочный это ещё и про разную семантику, но что получилось то получилось. Новичкам будет полезно почитать дискуссию думаю.

[insighter]

Myclass, в C# нет никакой глобальной памяти, есть только куча и стек.
Как написал Роман выше, статические переменные хранятся вместе с метаданными класса которому они принадлежат.

[Myclass]

insighter, соглашусь, спасибо за замечание.

...просто как и автор, так и мы все вместе начали недетально описывать, а упрощать и сводить всё до 'кучи', потом, когда в дискуссии и регистры были произнесены, команды ассемблер, то и я совсем сбился. И на уровень ассемблера перешёл. Хотя надо было всего то про GC говорить. Или о описании CLI — ECMA 335 - там много чего интересного.

Но с вами соглашусь, для упрощенного понимания вы со своим ответом дали информацию, которой хватает для понимания.

Answer 2

[Myclass]

ответ кроется в самой сущности. Сохранить переменную byte, int, double word или адресс - для этого понадобиться всего-то навсего байт, два байта, ну или столько, сколько на сегодня актуально - например 8 байтов (64 Bit).
Это всегда более менее легко организовать. Например тот-же int array с его элементами. Они все чинно лежат друг за другом. Если идёт разговор о сложных структурах, начиная со string, то там уже проще сохранять и организовывать адресса для тех мест, где на самом деле лежат эти структуры.

И всё - нет никакого злого умысла или тупости. Всё сделано для простоты организации всех этих вещей и легкости справлятся с такими задачами, как создавание переменных/обьектов, их видоизменения и удаления.

Так-же как и с Carbadge Collection. Тратить время на "точное" удаление обьектов из памяти во время работы программы - свою программу не уважать. Но здесь распределение действий, а в вашем вопросе распределение мест.

Comments

[Vadim Nikiforov]

Почему-то мне кажется, что мой вопрос как минимум "Сложный", а не "Средний". Просто он был в списке вопросов для junior / middle developer, но мне теперь в это не особо вериться и кажется что он уже тянет на senior) Потом просто компании его задают junior / middle и получается, что они покупают senior по ЗП junior / middle developer.

[insighter]

Всё сделано для простоты организации всех этих вещей и легкости справлятся с такими задачами, как создавание переменных/обьектов, их видоизменения и удаления.

Да-да, чтобы попроще было что то там организовать, взяли да и ввели две совершенно разных семантики переменных. Где ответ на вопрос? Почему нельзя было сделать, чтобы все переменные были значимые?

[insighter]

Vadim Nikiforov, это классика программирования, а не какие то дебри, лучше разобраться в этом вопросе. В книге Рихтера эта тема немного разбирается.

[Vadim Nikiforov]

insighter, Да, книга хорошая. И я думаю ее можно отнести точно к middle developer. Помню читал об этом. Может и на senior developer. потянет) Но думаю, что в настоящие время она немного устарела так, как теперь это .NET 6 (ранее .NET Core), сейчас он cross-platform и там нововведения разные. Но есть другая книга C# In Nutshell. Я ее читаю сейчас. Также советуют почитать C# in Depth, но я не знаю не читал пока-что)

[Myclass]

Vadim Nikiforov, не совсем понял. А про что вопрос, если вы на уровне с# разбираться хотите. Не ниже. Ни операционка, ни ассемблер, а просто с#. Даже Java с JVN свою организацию модели памяти делает, тем более иногда разную под разные процессоры.
С# - хороший язык. Но. Где вы сталкиваетесь с реализацией и ставите под вопрос - хорошо то или иное решение в операционке или компайлере или нет? Если вам до него не достать? Много деталей можно в инете и литературе под названием Системное программирование найти.

[Myclass]

insighter, ответил в одной из других ветках детальнее. Например после вызова функции, все её локальные переменные укладываются в стек. Но не совсем так как мы это привыкли понимать, а в структуре под названием stack frame. Там лежат и другие вещи. Но не динамические инстанции объектов. Они как раз в heap откладываются. Так удобнее, пото у что они очень могут быть большими. А локальные переменные от int, bool итд. - это всё мелочи. И потом после завершения функции и передачи параметров возвращения весь stack frame выбрасывается одним махом.

[Vadim Nikiforov]

Myclass, Ну первый вопрос про отличия между значимыми и ссылочными типами, это все еще C# :) А так про то что

хорошо то или иное решение

такие вопросы задают когда хотят выяснить что лучше использовать / подходит для какого то конкретного проекта. Просто C# может не подойти в разработке какого то конкретного проекта / приложения по каким то причинам. Я так думаю)

[Myclass]

Vadim Nikiforov, хорошо. Тк. это уже за рамки вопроса выходит., то принимаю, без последующей дискуссии.