C# メンバー変数 int number = 1; の内部構造

2025年6月26日

（インスタンスフィールド／static フィールド／const フィールドの相違点まで）

1. 1. ソースコード上の宣言例
2. 2. コンパイル時 ― メタデータと IL の違い
3. 3. 実行時メモリ配置
4. 4. JIT 後の命令例（x64, Debug ビルドの概念図）
5. 5. ローカル変数との比較サマリ
6. 6. まとめ

1. ソースコード上の宣言例

class Sample
{
    // インスタンス フィールド
    int number = 1;

    // static フィールド
    static int s_number = 1;

    // 定数フィールド
    const int C_NUMBER = 1;
}

2. コンパイル時 ― メタデータと IL の違い

種類	生成される IL	初期化コードが入る場所	メタデータ登録
インスタンスnumber	ldarg.0, ldc.i4.1, stfld int32 Sample::number	インスタンスコンストラクタ (.ctor)	Field テーブルに 1 エントリ
statics_number	ldc.i4.1, stsfld int32 Sample::s_number	型コンストラクタ(.cctor)	Field テーブルに 1 エントリ
constC_NUMBER	IL にフィールド記述なし。参照個所はすべて ldc.i4.1 即値	―	Constant テーブルにリテラル値だけ登録

readonly フィールドはインスタンス／static と同じ IL を出力しますが、値の設定がコンストラクタに限定されるという言語仕様の制約が追加されるだけです。

3. 実行時メモリ配置

3.1 インスタンスフィールド

┌─ヒープ上の Sample オブジェクト────────────┐
│ [8 bytes] オブジェクトヘッダー            │
│ [8 bytes] EEType Ptr (64 bit)         │
│                                       │
│ [4 bytes] number = 1   ←★ここ          │
│   …（ほかのフィールドが続く）…             │
└───────────────────────────────────────┘

配置順 はコンパイラがレイアウトを最適化（たとえば 64 bit でのアライメント調整）。
アクセス命令 は ldfld / stfld。
オブジェクトが GC に移動されると、フィールドも一緒にスライドします。

3.2 static フィールド

型ごとに 1 つだけ確保される領域（“静的ヒープ”）。
CLR が型を 初回参照する瞬間に .cctor が実行され、値が代入される。
アクセス命令は ldsfld / stsfld。
ジェネリック型の場合、型引数ごとに別インスタンスの static が作られる（List<int> と List<string> では別領域）。

3.3 const フィールド

メモリ領域は存在しません。
参照箇所はすべてコンパイル時に即値へ置換されるため、実行時にロードされるものはありません。

4. JIT 後の命令例（x64, Debug ビルドの概念図）

種類	代表的な機械語	コメント
インスタンス	mov dword ptr [rcx+offset], 1	rcx は this ポインタ
static	mov dword ptr [rip+addr], 1	型の静的領域アドレス
const	（命令列に即値 1 が直書きされる）	フィールドアクセスなし

5. ローカル変数との比較サマリ

項目	ローカル変数	インスタンスフィールド	static フィールド	const
メモリ	スタック	ヒープ（オブジェクト内）	静的ヒープ	なし
IL 命令	stloc/ldloc	stfld/ldfld	stsfld/ldsfld	ldc.i4.*
GC の影響	–	オブジェクトの移動でスライド	AppDomain 単位 (世代 0 には載らない)	–
ラムダで捕捉	DisplayClass に昇格	変更なし	変更なし	–

6. まとめ

メンバー変数（フィールド）はローカル変数とは配置先が異なり、
- インスタンスフィールドはオブジェクトの一部としてヒープに、
- static フィールドは型単位の静的領域に、
- const フィールドはそもそもメモリを消費せず即値埋め込み――という点が最大の差です。
IL でも命令セットが異なる (stfld / stsfld / ldc.*) ため、デバッガや ILDASM で確認すると違いが明確に分かります。
逆に、値のサイズ (int なら常に 4 byte) や little-endian 順序といったビット表現自体はローカルでもフィールドでも変わりません。