C＃で使用できるさまざまなデータ型を説明する前に、C＃は強く型付けされた言語であることを説明することが重要です。つまり、各変数、定数、入力パラメーター、戻り値の型、および一般に、値に評価されるすべての式には型があります。
各型には、コンパイラによって実行可能ファイルに埋め込まれるメタデータとして、共通言語ランタイム（CLR）が使用する情報が含まれています。これは、メモリを割り当てて再利用するときに型の安全性を保証します。
特定のタイプが割り当てるメモリの量を知りたい場合は、次のようにsizeof演算子を使用できます。
static void Main()
{
var size = sizeof(int);
Console.WriteLine($"int size:{size}");
size = sizeof(bool);
Console.WriteLine($"bool size:{size}");
size = sizeof(double);
Console.WriteLine($"double size:{size}");
size = sizeof(char);
Console.WriteLine($"char size:{size}");
}
出力には、各変数によって割り当てられたバイト数が表示されます。
int size:4
bool size:1
double size:8
char size:2
各タイプに関連する情報は次のとおりです。
- 必要な保管スペース。
- 最大値と最小値。たとえば、Int32型は2147483648〜2147483647の値を受け入れます。
- 継承元の基本型。
- 変数のメモリが実行時に割り当てられる場所。
- 許可される操作の種類。
タイプに含まれるメンバー（メソッド、フィールド、イベントなど）。たとえば、int型の定義を確認すると、次の構造体とメンバーが見つかります。
namespace System
{
[ComVisible(true)]
public struct Int32 : IComparable, IFormattable, IConvertible, IComparable<Int32>, IEquatable<Int32>
{
public const Int32 MaxValue = 2147483647;
public const Int32 MinValue = -2147483648;
public static Int32 Parse(string s, NumberStyles style, IFormatProvider provider);
...
}
}
メモリ管理
オペレーティングシステムで複数のプロセスが実行されていて、RAMの容量がそれをすべて保持するのに十分ではない場合、オペレーティングシステムはハードディスクの一部をRAMにマップし、ハードディスクへのデータの保存を開始します。オペレーティングシステムは、仮想アドレスが対応する物理アドレスにマップされている特定のテーブルよりも要求を実行するために使用します。メモリを管理するこの機能は、仮想メモリと呼ばれます。
各プロセスでは、使用可能な仮想メモリは次の6つのセクションにまとめられていますが、このトピックの関連性のために、スタックとヒープのみに焦点を当てます。
スタック
スタックはLIFO（後入れ先出し）データ構造であり、サイズはオペレーティングシステムに依存します（デフォルトでは、ARM、x86、x64マシンの場合、Windowsは1MBを予約し、Linuxは2MBから8MBに応じて予約します。バージョン）。
メモリのこのセクションは、CPUによって自動的に管理されます。関数が新しい変数を宣言するたびに、コンパイラはスタックにそのサイズと同じ大きさの新しいメモリブロックを割り当て、関数が終了すると、変数のメモリブロックの割り当てが解除されます。
ヒープ
このメモリ領域はCPUによって自動的に管理されず、そのサイズはスタックよりも大きくなります。新しいキーワードが呼び出されると、コンパイラは、要求のサイズに適合する最初の空きメモリブロックの検索を開始します。それが見つかると、組み込みのC関数malloc（）を使用して予約済みとしてマークされ、その場所へのポインターが返されます。組み込みのC関数free（）を使用して、メモリブロックの割り当てを解除することもできます。このメカニズムはメモリの断片化を引き起こし、ポインタを使用してメモリの正しいブロックにアクセスする必要があります。これは、スタックが読み取り/書き込み操作を実行するよりも低速です。
カスタム型と組み込み型
C＃には、整数、ブール値、テキスト文字などを表す組み込み型の標準セットが用意されていますが、構造体、クラス、インターフェイス、列挙型などの構造を使用して、独自の型を作成できます。
構造体を使用したカスタムタイプの例は次のとおりです。
struct Point
{
public int X;
public int Y;
};
値と参照の種類
C＃の種類は、次のカテゴリに分類できます。
値の型
値の型はSystem.ValueTypeクラスから派生し、この型の変数には、スタック内のメモリ割り当て内の値が含まれます。値タイプの2つのカテゴリーは、構造体と列挙型です。
次の例は、ブール型のメンバーを示しています。ご覧のとおり、System.ValueTypeクラスへの明示的な参照はありません。これは、このクラスが構造体によって継承されているために発生します。
namespace System
{
[ComVisible(true)]
public struct Boolean : IComparable, IConvertible, IComparable<Boolean>, IEquatable<Boolean>
{
public static readonly string TrueString;
public static readonly string FalseString;
public static Boolean Parse(string value);
...
}
}
参照型
一方、参照型には、変数に格納されている実際のデータは含まれていませんが、値が格納されているヒープのメモリアドレスが含まれています。参照型のカテゴリは、クラス、デリゲート、配列、およびインターフェイスです。
実行時に参照型変数が宣言されると、newキーワードを使用して作成されたオブジェクトがそれに割り当てられるまで、値nullが含まれます。
次の例は、ジェネリック型Listのメンバーを示しています。
namespace System.Collections.Generic
{
[DebuggerDisplay("Count = {Count}")]
[DebuggerTypeProxy(typeof(Generic.Mscorlib_CollectionDebugView<>))]
[DefaultMember("Item")]
public class List<T> : IList<T>, ICollection<T>, IEnumerable<T>, IEnumerable, IList, ICollection, IReadOnlyList<T>, IReadOnlyCollection<T>
{
...
public T this[int index] { get; set; }
public int Count { get; }
public int Capacity { get; set; }
public void Add(T item);
public void AddRange(IEnumerable<T> collection);
...
}
}
特定のオブジェクトのメモリアドレスを知りたい場合は、System.Runtime.InteropServicesクラスを使用すると、アンマネージメモリからマネージオブジェクトにアクセスできます。次の例では、静的メソッドGCHandle.Alloc（）を使用してハンドルを文字列に割り当て、次にメソッドAddrOfPinnedObjectを使用してそのアドレスを取得します。
string s1 = "Hello World";
GCHandle gch = GCHandle.Alloc(s1, GCHandleType.Pinned);
IntPtr pObj = gch.AddrOfPinnedObject();
Console.WriteLine($"Memory address:{pObj.ToString()}");
出力は
Memory address:39723832
参考文献
公式ドキュメント：https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/build/reference/stack-stack-allocations?view=vs-2019