.NET面試題01-值類型與引用類型

  常見面試題目:

1. 值類型和引用類型的區別？

2. 結構和類的區別？

3. delegate是引用類型仍是值類型？enum、int[]和string呢？

4. 堆和棧的區別？

5. 什麼狀況下會在堆（棧）上分配數據？它們有性能上的區別嗎？

6.「結構」對象可能分配在堆上嗎？什麼狀況下會發生，有什麼須要注意的嗎？

7. 理解參數按值傳遞？以及按引用傳遞？

8. out 和 ref 的區別與相同點？

9. C#支持哪幾個預約義的值類型？C#支持哪些預約義的引用類型？

10. 有幾種方法能夠斷定值類型和引用類型？

11. 說說值類型和引用類型的生命週期？

12. 若是結構體中定義引用類型，對象在內存中是如何存儲的？例以下面結構體中的class類 User對象是存儲在棧上，仍是堆上？

1 public struct MyStruct 
2 { 
3     public int Index; 
4     public User User;
5 } 

 

  認識值類型與引用類型:

萬變不離其宗，只要搞清楚值類型和引用類型的原理，上面全部題目就都迎刃而解了。

基本概念

CLR支持兩隻類型：引用類型和值類型。這是.NET語言的基礎和關鍵，他們從類型定義、實例建立、參數傳遞，到內存分配都有所不一樣。雖然看上去簡單，但真正理解其內涵的人卻好像並很少。

圖片引用

下圖清晰了展現了.NET中類型分類，值類型主要是一些簡單的、基礎的數據類型，引用類型主要用於更豐富的、複雜的、複合的數據類型。

內存結構

值類型和引用類型最根源的區別就是其內存分配的差別，在這以前首先要理解CLR的內存中兩個重要的概念：

Stack 棧：線程棧，由操做系統管理，存放值類型、引用類型變量（就是引用對象在託管堆上的地址）。棧是基於線程的，也就是說一個線程會包含一個線程棧，線程棧中的值類型在對象做用域結束後會被清理，效率很高。

GC Heap託管堆：進程初始化後在進程地址空間上劃分的內存空間，存儲.NET運行過程當中的對象，全部的引用類型都分配在託管堆上，託管堆上分配的對象是由GC來管理和釋放的。託管堆是基於進程的，固然託管堆內部還有其餘更爲複雜的結構，有興趣的能夠深刻了解。

結合下圖理解，變量a及其值3都是存儲在棧上面。變量b在棧上存儲，其值指向字符串「123」的託管堆對象地址(字符串是引用類型,字符串對象是存儲在託管堆上面。字符串是一個特殊的引用類型，後面文章會專門探討)」

值類型一直都存儲在棧上面嗎？全部的引用類型都存儲在託管堆上面嗎？

1.單獨的值類型變量，如局部值類型變量都是存儲在棧上面的；

2.當值類型是自定義class的一個字段、屬性時，它隨引用類型存儲在託管堆上，此時她是引用類型的一部分；

4.全部的引用類型確定都是存放在託管堆上的。

5.還有一種狀況，同上面題目12，結構體（值類型）中定義引用類型字段，結構體是存儲在棧上，其引用變量字段只存儲內存地址，指向堆中的引用實例。

對象的傳遞

將值類型的變量賦值給另外一個變量（或者做爲參數傳遞），會執行一次值複製。將引用類型的變量賦值給另外一個引用類型的變量，它複製的值是引用對象的內存地址，所以賦值後就會多個變量指向同一個引用對象實例。理解這一點很是重要，下面代碼測試驗證一下：

 1 int v1 = 0;
 2 int v2 = v1;
 3 v2 = 100;
 4 Console.WriteLine("v1=" + v1); //輸出：v1=0
 5 Console.WriteLine("v2=" + v2); //輸出：v2=100
 6 
 7 User u1=new User();
 8 u1.Age = 0;
 9 User u2 = u1;
10 u2.Age = 100;
11 Console.WriteLine("u1.Age=" + u1.Age); //輸出：u1.Age=100
12 Console.WriteLine("u2.Age=" + u2.Age); //輸出：u2.Age=100，由於u1/u2指向同一個對象

 

當把對象做爲參數傳遞的時候，效果同上面同樣，他們都稱爲按值傳遞，但由於值類型和引用類型的區別，致使其產生的效果也不一樣。

參數-按值傳遞：

 1 private void DoTest(int a)
 2 {
 3     a *= 2;
 4 }
 5 
 6 private void DoUserTest(User user)
 7 {
 8     user.Age *= 2;
 9 }
10 
11 [NUnit.Framework.Test]
12 public void DoParaTest()
13 {
14     int a = 10;
15     DoTest(a);
16     Console.WriteLine("a=" + a); //輸出：a=10
17     User user = new User();
18     user.Age = 10;
19     DoUserTest(user);
20     Console.WriteLine("user.Age=" + user.Age); //輸出：user.Age=20
21 }

 

上面的代碼示例，兩個方法的參數，都是按值傳遞

• 對於值類型(int a) ：傳遞的是變量a的值拷貝副本，所以本來的a值並無改變。
• 對於引用類型(User user) ：傳遞的是變量user的引用地址（User對象實例的內存地址）拷貝副本，所以他們操做都是同一個User對象實例。

參數-按引用傳遞：

按引用傳遞的兩個主要關鍵字：out 和 ref無論值類型仍是引用類型，按引用傳遞的效果是同樣的，都不傳遞值副本，而是引用的引用（相似c++的指針的指針）。out 和 ref告訴編譯器方法傳遞額是參數地址，而不是參數自己，理解這一點很重要。

代碼簡單測試一下，若是換成out效果是相同的

private void DoTest( ref int a)
{
    a *= 2;
}

private void DoUserTest(ref User user)
{
    user.Age *= 2;
}

[NUnit.Framework.Test]
public void DoParaTest()
{
    int a = 10;
    DoTest(ref a);
    Console.WriteLine("a=" + a); //輸出：a=20 ,a的值改變了
    User user = new User();
    user.Age = 10;
    DoUserTest(ref user);
    Console.WriteLine("user.Age=" + user.Age); //輸出：user.Age=20
}

 

out 和 ref的主要異同：

• out 和 ref都指示編譯器傳遞參數地址，在行爲上是相同的；
• 他們的使用機制稍有不一樣，ref要求參數在使用以前要顯式初始化，out要在方法內部初始化；
• out 和 ref不能夠重載，就是不能定義Method(ref int a)和Method(out int a)這樣的重載，從編譯角度看，兩者的實質是相同的，只是使用時有區別；

常見問題

  題目答案解析:

1. 值類型和引用類型的區別？

值類型包括簡單類型、結構體類型和枚舉類型，引用類型包括自定義類、數組、接口、委託等。

• 一、賦值方式：將一個值類型變量賦給另外一個值類型變量時，將複製包含的值。這與引用類型變量的賦值不一樣，引用類型變量的賦值只複製對象的引用（即內存地址，相似C++中的指針），而不復制對象自己。
• 二、繼承：值類型不可能派生出新的類型，全部的值類型均隱式派生自 System.ValueType。但與引用類型相同的是，結構也能夠實現接口。
• 三、null：與引用類型不一樣，值類型不可能包含 null 值。然而，可空類型容許將 null 賦給值類型（他其實只是一種語法形式，在clr底層作了特殊處理）。
• 四、每種值類型均有一個隱式的默認構造函數來初始化該類型的默認值，值類型初始會默認爲0，引用類型默認爲null。
• 五、值類型存儲在棧中，引用類型存儲在託管堆中。

2. 結構和類的區別？

結構體是值類型，類是引用類型，主要區別如題1。其餘的區別：

• 結構不支持無慘構造函數，不支持析構函數，而且不能有protected修飾；
• 結構經常使用於數據存儲，類class多用於行爲；
• class須要用new關鍵字實例化對象，struct能夠不適用new關鍵字；
• class能夠爲抽象類，struct不支持抽象；

3. delegate是引用類型仍是值類型？enum、int[]和string呢？

enum枚舉是值類型，其餘都是引用類型。

4. 堆和棧的區別？

線程堆棧：簡稱棧 Stack
託管堆： 簡稱堆 Heap

• 值類型大多分配在棧上，引用類型都分配在堆上；
• 棧由操做系統管理，棧上的變量在其做用域完成後就被釋放，效率較高，但空間有限。堆受CLR的GC控制；
• 棧是基於線程的，每一個線程都有本身的線程棧，初始大小爲1M。堆是基於進程的，一個進程分配一個堆，堆的大小由GC根據運行狀況動態控制；

6.「結構」對象可能分配在堆上嗎？什麼狀況下會發生，有什麼須要注意的嗎？

結構是值類型，有兩種狀況會分配在對上面：

• 結構做爲class的一個字段或屬性，會隨class一塊兒分配在堆上面；
• 裝箱後會在堆中存儲，儘可能避免值類型的裝箱，值類型的拆箱和裝箱都有性能損失，下一篇會重點關注；

7. 理解參數按值傳遞？以及按引用傳遞？

• 按值傳遞：對於值類型傳遞的它的值拷貝副本，而引用類型傳遞的是引用變量的內存地址，他們仍是指向的同一個對象。
• 按引用傳遞：經過關鍵字out和ref傳遞參數的內存地址，值類型和引用類型的效果是相同的。

8. out 和 ref的區別與相同點？

• out 和 ref都指示編譯器傳遞參數地址，在行爲上是相同的；
• 他們的使用機制稍有不一樣，ref要求參數在使用以前要顯式初始化，out要在方法內部初始化；
• out 和 ref不能夠重載，就是不能定義Method(ref int a)和Method(out int a)這樣的重載，從編譯角度看，兩者的實質是相同的，只是使用時有區別；

9. C#支持哪幾個預約義的值類型？C#支持哪些預約義的引用類型？

值類型：整數、浮點數、字符、bool和decimal

引用類型：Object，String

10. 有幾種方法能夠斷定值類型和引用類型？

簡單來講，繼承自System.ValueType的是值類型，反之是引用類型。

11. 說說值類型和引用類型的生命週期？

值類型在做用域結束後釋放。

引用類型由GC垃圾回收期回收。這個答案可能太簡單了，更詳細的答案在後面的文章會說到。

12. 若是結構體中定義引用類型，對象在內存中是如何存儲的？例以下面結構體中的class類 User對象是存儲在棧上，仍是堆上？

1 public struct MyStruct 
2 { 
3     public int Index; 
4     public User User; 
5 }

 

MyStruct存儲在棧中，其字段User的實例存儲在堆中，MyStruct.User字段存儲指向User對象的內存地址。

 

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  參考資料:

Value type and Reference type Explained：http://www.tuicool.com/articles/MbUfA3U

C# 值類型與引用類型 (上)：http://www.cnblogs.com/siqing99/archive/2012/04/03/2430918.html

書籍：CLR via C#

書籍：你必須知道的.NET