Как организовано управление памятью в C#?

Слушай, вот объясняю про память в C# так, как будто это твой личный гараж, где постоянно кто-то хуярит и бардак наводит.

Представь, что у тебя есть два места для хранения всякого хлама: стек и куча.

1. Стек — это типа твоя прикроватная тумбочка.

• Что там лежит: Мелочёвка, которая нужна прямо сейчас, но ненадолго. Это твои локальные переменные-значимости: int, bool, struct. И ещё бумажки с адресами (это ссылки на объекты в куче).
• Как работает: Положил — вынул. Быстро, чётко, по принципу «последний зашёл — первый вышел». Закончил раздеваться — носки с тумбочки убрал в корзину. Выходишь из метода — память из стека мгновенно чистится. Никакой мороки.

  void ПокуритьНаЛестнице() {
      int затяжек = 3; // Циферка 'затяжек' живёт в тумбочке-стеке
      Сосед петровичRef; // А это просто бумажка с адресом Петровича. Сам Петрович — не тут.
  } // Вышел с лестницы — всё, что было в тумбочке, выкинули. Чистота.

2. Управляемая куча — это уже общий подвал дома, там пиздец и бардак.

• Что там валяется: Все крупные объекты, которые создаются через new. Экземпляры class, строки (string), массивы. Настоящий склад старья.
• Как работает: Принёс новый диван (new Person()) — запихнул в подвал. А в тумбочку (стек) положил бумажку с номером ячейки, где он лежит (это ссылка). Сам диван из подвала никуда не денется, пока его не выбросит специальный дворник — Сборщик Мусора (GC).

  void УстроитьВечеринку() {
      // Бумажка 'гость' лежит в тумбочке (стеке).
      // А сам объект Гость {Имя = "Вася", Состояние = "Пьяный"} — он уже в подвале-куче, блевать.
      Гость гость = new Гость { Имя = "Вася", Состояние = "Пьяный" };
  }

3. Сборщик Мусора (GC) — этот самый дворник. Он ленивый и хитрый. Ходит по подвалу и выкидывает только тот хлам, на который уже никто не держит бумажек с адресом (нет ссылок). Чтобы не бегать постоянно, он разделил подвал на три зоны — поколения:

• Gen 0 (Молодняк): Только что закинутый хлам (новые объекты). Дворник сюда заглядывает часто, потому что тут обычно быстро корефаны перегорают и становятся никому не нужны. Уборка быстрая.
• Gen 1 (Бывалые): Хлам, который пережил одну уборку Gen 0. Сюда заходят пореже.
• Gen 2 (Мастодонты): То, что живёт долго (какие-нибудь кэши, статические данные). Уборка здесь — это целая история, долго и муторно, но происходит редко.
• Есть ещё LOH (Большой объектный куч): Отдельный ангар для огромных диванов (объектов > 85 КБ). Чистят его только вместе с уборкой Gen 2, потому что тащить такую хуйту — тот ещё геморрой.

4. К чему вся эта хуйня тебе, как программисту?

• Утечки памяти в .NET — это когда ты про свой хлам забыл, а бумажка с адресом на него где-то завалялась. Например, подписался на событие и не отписался, или запихнул в статическую коллекцию и не выкинул. Дворник (GC) смотрит — ага, бумажка есть, значит хлам ещё нужен! И не убирает. И подвал постепенно превращается в сраное болото.
• Работа с неуправляемым добром (файлы, соединения) — тут дворник бессилен. Сам должен за собой убирать. Для этого есть IDisposable и using. Сделал дело — гадь в унитаз.

  using (var поток = new FileStream("секреты.txt", FileMode.Open))
  {
      // почитал чужие секреты
  } // Даже если тебя во время чтения хватит инфаркт, 'Dispose()' вызовется и файл закроется. Порядок.

• Если нужно выжимать производительность до последнего цикла, чтобы не насиловать кучу и GC, используй Span<T> и Memory<T>. Это как если бы ты мелкие, но часто нужные инструменты хранил не в подвале, а в поясной сумке (стеке) или в быстродоступном ящике (пуле памяти). Меньше аллокаций в кучу — меньше работы для дворника — быстрее твоя прога.