在32位的Windows操作系統中，每個進程都可以使用4GB的內存，這得益於虛擬尋址技術，在這4GB的內存中存儲著可執行代碼、代碼加載的DLL和程序運行的所有變量，在C#中，虛擬內存中有個兩個存儲變量的區域，一個稱為堆棧，一個稱為托管堆，托管堆的出現是.Net不同於其他語言的地方，堆棧存儲值類型數據，而托管堆存儲引用類型如類、對象，並受垃圾收集器的控制和管理。在堆棧中，一旦變量超出使用范圍，其使用的內存空間會被其他變量重新使用，這時其空間中存儲的值將被其他變量覆蓋而不復存在，但有時候我們希望這些值仍然存在，這就需要托管堆來實現。我們用幾段代碼來說明其工作原理，假設已經定義了一個類class1:
class1 object1;
object1=new class1();
第一句定義了一個class1的引用，實質上只是在堆棧中分配了一個4個字節的空間，它將用來存府後來實例化對象在托管堆中的地址，在Windows中這需要4個字節來表示內存地址。第二句實例化object1對象，實際上是在托管堆中開僻了一個內存空間來存儲類class1的一個具體對象，假設這個對象需要36個字節，那麼object1指向的實際上是在托管堆一個大小為36個字節的連續內存空間開始的地址。由此也可以看出在C#編譯器中為什麼不允許使用未實例化的對象，因為這個對象在托管堆中還不存在。當對象不再使用時，這個被存儲在堆棧中的引用變量將被刪除，但是從上述機制可以看出，在托管堆中這個引用指向的對象仍然存在，其空間何時被釋放取決垃圾收集器而不是引用變量失去作用域時。
在使用電腦的過程中大家可能都有過這種經驗：電腦用久了以後程序運行會變得越來越慢，其中一個重要原因就是系統中存在大量內存碎片，就是因為程序反復在堆棧中創建和釋入變量，久而久之可用變量在內存中將不再是連續的內存空間，為了尋址這些變量也會增加系統開銷。在.Net中這種情形將得到很大改善，這是因為有了垃圾收集器的工作，垃圾收集器將會壓縮托管堆的內存空間，保證可用變量在一個連續的內存空間內，同時將堆棧中引用變量中的地址改為新的地址，這將會帶來額外的系統開銷，但是，其帶來的好處將會抵消這種影響，而另外一個好處是，程序員將不再花上大量的心思在內在洩露問題上。
當然，以C#程序中不僅僅只有引用類型的變量，仍然也存在值類型和其他托管堆不能管理的對象，如果文件名柄、網絡連接和數據庫連接，這些變量的釋放仍需要程序員通過析構函數或IDispose接口來做。
另一方面，在某些時候C#程序也需要追求速度，比如對一個含用大量成員的數組的操作，如果仍使用傳統的類來操作，將不會得到很好的性能，因為數組在C#中實際是System.Array的實例，會存儲在托管堆中，這將會對運算造成大量的額外的操作，因為除了垃圾收集器除了會壓縮托管堆、更新引用地址、還會維護托管堆的信息列表。所幸的是C#中同樣能夠通過不安全代碼使用C++程序員通常喜歡的方式來編碼，在標記為unsafe的代碼塊使用指針，這和在C++中使用指針沒有什麼不同，變量也是存府在堆棧中，在這種情況下聲明一個數組可以使用stackalloc語法，比如聲明一個存儲有50個double類型的數組：
double* pDouble=stackalloc double[50]
stackalloc會給pDouble數組在堆棧中分配50個double類型大小的內存空間，可以使用pDouble[0]、*(pDouble+1)這種方式操作數組，與在C++中一樣，使用指針時必須知道自己在做什麼，確保訪問的正確的內存空間，否則將會出現無法預料的錯誤。
掌握托管堆、堆棧、垃圾收集器和不安全代碼的工作原理和方式，將有助於你成為真正的優秀C#程序員。
