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C# using垃圾回收详解

2024-08-16 09:21:11   225人阅读

简介

定义一个范围，将在此范围之外释放一个或多个对象。

语法

using (Font font1 = new Font("Arial", 10.0f))
{
}

C# 语言参考

主要用途

using 关键字有两个主要用途：

作为语句

用于定义一个范围，在此范围的末尾将释放对象
C# 通过 .NET Framework 公共语言运行库 (CLR) 自动释放用于存储不再需要的对象的内存。内存的释放具有不确定性；一旦 CLR 决定
 
执行垃圾回收，就会释放内存。但是，通常最好尽快释放诸如文件句柄和网络连接这样的有限资源。
using 语句允许程序员指定使用资源的对象应当何时释放资源。为 using 语句提供的对象必须实现 IDisposable 接口。此接口提供了 Dispose 方法，该方法将释放此对象的资源。
可以在到达 using 语句的末尾时，或者在该语句结束之前引发了异常并且控制权离开语句块时，退出 using 语句。
1. 可以在 using 语句中声明对象（如上所示），或者在 using 语句之前声明对象，如下所示：
Fontfont2=newFont("Arial",10.0f);using(font2){//usefont2}//2.可以有多个对象与using语句一起使用，但是必须在using语句内部声明这些对象，如下所示：using(Fontfont3=newFont("Arial",10.0f),font4=newFont("Arial",10.0f)){//Usefont3andfont4.}

示例1

下面的示例显示用户定义类可以如何实现它自己的 Dispose 行为。注意类型必须从 IDisposable 继承。
usingSystem;classC:IDisposable{publicvoidUseLimitedResource(){Console.WriteLine("Usinglimitedresource...");}voidIDisposable.Dispose(){Console.WriteLine("Disposinglimitedresource.");}}classProgram{staticvoidMain(){using(Cc=newC()){c.UseLimitedResource();}Console.WriteLine("Nowoutsideusingstatement.");Console.ReadLine();}}

作为指令

用于为命名空间创建别名或导入其他命名空间中定义的类型
①.允许在命名空间中使用类型，这样，您就不必在该命名空间中限定某个类型的使用：
      using System.Text;
②.为命名空间或类型创建别名。
      using Project = PC.MyCompany.Project;
      using 指令的范围限制为包含它的文件。
      创建 using 别名，以便更易于将标识符限定到命名空间或类型。
      创建 using 指令，以便在命名空间中使用类型而不必指定命名空间。using 指令不为您提供对嵌套在指定命名空间中的任何命名空间的访问。
      命名空间分为两类：用户定义的命名空间和系统定义的命名空间。用户定义的命名空间是在代码中定义的命名空间。若要查看系统定义的命名空间的列表

示例2

1.下面的示例显示了如何为命名空间定义和使用 using 别名：
namespacePC{//Defineanaliasforthenestednamespace.usingProject=PC.MyCompany.Project;classA{voidM(){//UsethealiasProject.MyClassmc=newProject.MyClass();}}namespaceMyCompany{namespaceProject{publicclassMyClass{}}}}2.下面的示例显示了如何为类定义using指令和using别名：//cs_using_directive2.cs//Usingdirective.usingSystem;//Usingaliasforaclass.usingAliasToMyClass=NameSpace1.MyClass;namespaceNameSpace1{publicclassMyClass{publicoverridestringToString(){return"YouareinNameSpace1.MyClass";}}}namespaceNameSpace2{classMyClass{}}namespaceNameSpace3{//Usingdirective:usingNameSpace1;//Usingdirective:usingNameSpace2;classMainClass{staticvoidMain(){AliasToMyClasssomevar=newAliasToMyClass();Console.WriteLine(somevar);}}}

输出: You are in NameSpace1.MyClass

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深入讨论

引言

在.NET大家庭中，有不少的关键字承担了多种角色，例如new关键字就身兼数职，除了能够创建对象，在继承体系中隐藏基类成员，还在泛型声明中约束可能用作类型参数的参数，在详细讨论using的多重身份的基础上来了解.NET在语言机制上的简便与深邃。
那么，using的多重身份都体现在哪些方面呢，我们先一睹为快吧：
· 引入命名空间
· 创建别名
· 强制资源清理
下面，本文将从这几个角度来阐述using的多彩应用。

引入命名空间

using作为引入命名空间指令的用法规则为：
using Namespace;
在.NET程序中，最常见的代码莫过于在程序文件的开头引入System命名空间，其原因在于System命名空间中封装了很多最基本最常用的操作，下面的代码对我们来说最为熟悉不过：
using System;
这样，我们在程序中就可以直接使用命名空间中的类型，而不必指定详细的类型名称。using指令可以访问嵌套命名空间。
关于：命名空间
命名空间是.NET程序在逻辑上的组织结构，而并非实际的物理结构，是一种避免类名冲突的方法，用于将不同的数据类型组合划分的方式。例如，在.NET中很多的基本类型都位于System命名空间，数据操作类型位于System.Data命名空间，

误区

· using类似于Java语言的import指令，都是引入命名空间（Java中称作包）这种逻辑结构；而不同于C语言中的#include指令，用于引入实际的类库，
· using引入命名空间，并不等于编译器编译时加载该命名空间所在的程序集，程序集的加载决定于程序中对该程序集是否存在调用操作，如果代码中不存在任何调用操作则编译器将不会加载using引入命名空间所在程序集。因此，在源文件开头，引入多个命名空间，并非加载多个程序集，不会造成“过度引用”的弊端。 using为命名空间创建别名的用法规则为：
using alias = namespace | type;
其中namespace表示创建命名空间的别名；而type表示创建类型别名。例如，在.NET Office应用中，常常会引入Microsoft.Office.Interop.Word.dll程序集，在引入命名空间时为了避免繁琐的类型输入，我们通常为其创建别名如下：
using MSWord = Microsoft.Office.Interop.Word;
这样，就可以在程序中以MSWord来代替Microsoft.Office.Interop.Word前缀，如果要创建Application对象，则可以是这样，
private static MSWord.Application ooo = new MSWord.Application();
同样，也可以创建类型的别名，用法为：
而创建别名的另一个重要的原因在于同一cs文件中引入的不同命名空间中包括了相同名称的类型，为了避免出现名称冲突可以通过设定别名来解决，例如： 
namespace Boyspace{   public class Player   {      public static void Play()     {        System.Console.WriteLine("Boys play football.");     }   }}namespace Girlspace{   public class Player   {     public static void Play()     {       System.Console.WriteLine("Girls play violin.");     }   }}

以using创建别名，有效的解决了这种可能的命名冲突，尽管我们可以通过类型全名称来加以区分，但是这显然不是最佳的解决方案，using使得这一问题迎刃而解，不费丝毫功夫，同时在编码规范上看来也更加的符合编码要求。

强制资源清理

4.1 由来
要理解清楚使用using语句强制清理资源，就首先从了解Dispose模式说起，而要了解Dispose模式，则应首先了解.NET的垃圾回收机制。这些显然不是本文所能完成的宏论，我们只需要首先明确的是.NET提供了Dispose模式来实现显式释放和关闭对象的能力。
Dispose模式
Dispose模式是.NET提供的一种显式清理对象资源的约定方式，用于在.NET 中释放对象封装的非托管资源。因为非托管资源不受GC控制，对象必须调用自己的Dispose()方法来释放，这就是所谓的Dispose模式。从概念角度来看，Dispose模式就是一种强制资源清理所要遵守的约定；从实现角度来看，Dispose模式就是让要一个类型实现IDisposable接口，从而使得该类型提供一个公有的Dispose方法。
本文不再讨论如何让一个类型实现Dispose模式来提供显示清理非托管资源的方式，而将注意集中在如何以using语句来简便的应用这种实现了Dispose模式的类型的资源清理方式。我们在内存管理与垃圾回收章节将有详细的讨论。
using语句提供了强制清理对象资源的便捷操作方式，允许指定何时释放对象的资源，其典型应用为：
using (Font f = new Font("Verdana", 12, FontStyle.Regular)){//执行文本绘制操作Graphics g = e.Graphics;Rectangle rect = new Rectangle(10, 10, 200, 200);g.DrawString("Try finally dispose font.", f, Brushes.Black, rect);}//运行结束，释放f对象资源

在上述典型应用中，using语句在结束时会自动调用欲被清除对象的Dispose()方法。因此，该Font对象必须实现IDispose接口，才能使用using语句强制对象清理资源。我们查看其类型定义可知：

public sealed class Font : MarshalByRefObject, ICloneable, ISerializable, IDisposable
Font类型的确实现了IDisposeable接口，也就具有了显示回收资源的能力。然而，我们并未从上述代码中，看出任何使用Dispose方法的蛛丝马迹，这正式using语句带来的简便之处，其实质究竟怎样呢？
4.2 实质
要想了解using语句的执行本质，了解编译器在背后做了哪些手脚，就必须回归到IL代码中来揭密才行：
.method public hidebysig static void Main() cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 40 (0x28)
.maxstack 4
.locals init ([0] class [System.Drawing]System.Drawing.Font f,
[1] bool CS$4$0000)
IL_0000: nop
IL_0001: ldstr "Verdana"
IL_0006: ldc.r4 12.
IL_000b: ldc.i4.0
IL_000c: newobj instance void [System.Drawing]System.Drawing.Font::.ctor(string,float32,
valuetype [System.Drawing]System.Drawing.FontStyle)
IL_0011: stloc.0
.try
{
……部分省略……
} // end .try
finally
{
……部分省略……
IL_001f: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
IL_0024: nop
IL_0025: endfinally
} // end handler
IL_0026: nop
IL_0027: ret
} // end of method UsingDispose::Main
显然，编译器在自动将using生成为try-finally语句，并在finally块中调用对象的Dispose方法，来清理资源。
在.NET规范中，微软建议开放人员在调用一个类型的Dispose()或者Close()方法时，将其放在异常处理的finally块中。根据上面的分析我们可知，using语句正是隐式的调用了类型的Dispose方法，因此以下的代码和上面的示例是完全等效的：
Font f2 = new Font("Arial", 10, FontStyle.Bold);
try
{
//执行文本绘制操作
Graphics g = new Graphics();
Rectangle rect = new Rectangle(10, 10, 200, 200);
g.DrawString("Try finally dispose font.", f2, Brushes.Black, rect);
}
finally
{
if (f2 != null)
((IDisposable)f2).Dispose();
}
4.3 规则
· using只能用于实现了IDisposable接口的类型，禁止为不支持IDisposable接口的类型使用using语句，否则会出现编译时错误；
· using语句适用于清理单个非托管资源的情况，而多个非托管对象的清理最好以try-finnaly来实现，因为嵌套的using语句可能存在隐藏的Bug。内层using块引发异常时，将不能释放外层using块的对象资源。
· using语句支持初始化多个变量，但前提是这些变量的类型必须相同，例如：
using(Pen p1 = new Pen(Brushes.Black), p2 = new Pen(Brushes.Blue)){//}

否则，编译将不可通过。不过，还是有变通的办法来解决这一问题，原因就是应用using语句的类型必然实现了IDisposable接口，那么就可以以下面的方式来完成初始化操作，

using (IDisposable font = new Font("Verdana", 12, FontStyle.Regular), pen = new Pen(Brushes.Black)){float size = (font as Font).Size;Brush brush = (pen as Pen).Brush;}

另一种办法就是以使用try-finally来完成，不管初始化的对象类型是否一致。

· Dispose方法用于清理对象封装的非托管资源，而不是释放对象的内存，对象的内存依然由垃圾回收器控制。
· 程序在达到using语句末尾时退出using块，而如果到达语句末尾之前引入异常则有可能提前退出。
· using中初始化的对象，可以在using语句之前声明，例如：
Font f3 = new Font("Verdana", 9, FontStyle.Regular);using (f3){//执行文本绘制操作}

结论

一个简单的关键字，多种不同的应用场合。本文从比较全面的角度，诠释了using关键字在.NET中的多种用法，值得指出的是这种用法并非实现于.NET的所有高级语言，本文的情况主要局限在C#中。

C# using垃圾回收详解


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