C# 值類型和引用類型（轉）

1. 主要內容

             類型的基本概念

             值類型深刻

             引用類型深刻

             值類型與引用類型的比較及應用

2. 基本概念

C#中，變量是值仍是引用僅取決於其數據類型。

C#的基本數據類型都以平臺無關的方式來定義，C#的預約義類型並無內置於語言中，而是內置於.NET Framework中。.NET使用通用類型系統（CTS）定義了能夠在中間語言（IL）中使用的預約義數據類型，全部面向.NET的語言都最終被編譯爲 IL，即編譯爲基於CTS類型的代碼，

通用類型的系統的功能：

• 創建一個支持跨語言集成、類型安全和高性能代碼執行的框架。
• 提供一個支持完整實現多種編程語言的面向對象的模型。
• 定義各語言必須遵照的規則，有助於確保用不一樣語言編寫的對象可以交互做用。

 

              

例如，在C#中聲明一個int變量時，聲明的其實是CTS中System.Int32的一個實例。這具備重要的意義：

• 確保IL上的強制類型安全；
• 實現了不一樣.NET語言的互操做性；
• 全部的數據類型都是對象。它們能夠有方法，屬性，等。例如：

int i;
i = 1;
string s;
s = i.ToString();

 

CLR 支持兩種類型：值類型和引用類型，

 

 

C#的全部值類型均隱式派生自System.ValueType：

• 結構體：struct（直接派生於System.ValueType）；
  • 數值類型：
    • 整 型：sbyte（System.SByte的別名），short（System.Int16），int（System.Int32），long （System.Int64），byte（System.Byte），ushort（System.UInt16），uint （System.UInt32），ulong（System.UInt64），char（System.Char）；
    • 浮點型：float（System.Single），double（System.Double）；
    • 用於財務計算的高精度decimal型：decimal（System.Decimal）。
  • bool型：bool（System.Boolean的別名）；
  • 用戶定義的結構體（派生於System.ValueType）。
• 枚舉：enum（派生於System.Enum）；
• 可空類型（派生於System.Nullable<T>泛型結構體，T?其實是System.Nullable<T>的別名）。

值類型（Value Type），值類型實例一般分配在線程的堆棧（stack）上，而且不包含任何指向實例數據的指針，由於變量自己就包含了其實例數據

 

C#有如下一些引用類型：

• 數組（派生於System.Array）
• 用戶用定義的如下類型：
  • 類：class（派生於System.Object）；
  • 接口：interface（接口不是一個「東西」，因此不存在派生於何處的問題。Anders在《C# Programming Language》中說，接口只是表示一種約定[contract]）；
  • 委託：delegate（派生於System.Delegate）。
• object（System.Object的別名）；
• 字符串：string（System.String的別名）。

能夠看出：

• 引用類型與值類型相同的是，結構體也能夠實現接口；
• 引用類型能夠派生出新的類型，而值類型不能；
• 引用類型能夠包含null值，值類型不能（可空類型功能容許將 null 賦給值類型）；
• 引用類型變量的賦值只複製對對象的引用，而不復制對象自己。而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

2.1內存深刻

2.2.1 內存機制

數據在內存中分配位置取決與該變量的數據類型，上圖可知值類型分配在線程的堆棧上，引用類型則分配在託管堆上，由GC控制回收，如下代碼和圖演示了引用類型和值類型的區別：

private static class ReferenceVsValue {
      // Reference type (because of 'class')
      private class SomeRef { public Int32 x; }

      // Value type (because of 'struct')
      private struct SomeVal { public Int32 x; }

      public static void Go() {
         SomeRef r1 = new SomeRef();   //在堆上分配

         SomeVal v1 = new SomeVal();   // 在棧上分配
         r1.x = 5;                     // 提領指針

         v1.x = 5;                     // 在棧修改
         Console.WriteLine(r1.x);      // 顯示」5」

         Console.WriteLine(v1.x);      //一樣顯示」5」 
         // 下圖左半部分反映了執行以上代碼以後的情形

         SomeRef r2 = r1;              //只複製引用(指針)
         SomeVal v2 = v1;              // 在棧上分配而且複製成員
         r1.x = 8;                     // r1.x和r2.x都會更改

         v1.x = 9;                     // 只是更改v1.x,不會更改v2.x
         Console.WriteLine(r1.x);      // 顯示 "8"
         Console.WriteLine(r2.x);      // 顯示 "8"
         Console.WriteLine(v1.x);      // 顯示 "9"
         Console.WriteLine(v2.x);      // 顯示 "5" 
         //右半部分反映了在執行全部代碼以後的狀況
      }
   }
                                   圖5-1       圖解代碼執行時的內存分配狀況

 

SomeVal是用Struct來聲明的，而不是用經常使用的Class，在C#中用Struct聲明的是值類型，每一個變量或者程序都有本身的堆棧，不一樣的變量不能公用一個內存地址所以上圖中SomeRef和SomeVal必定佔用了不一樣的堆棧，變量通過傳遞後，對v1變量改變時，顯然不會影響到v2的數據，能夠看出，堆棧中的v1,v2包含其實際數據，而r1,r2則在堆棧中保存了其實例數據的引用地址，實際的數據保存在託管堆中，所以就有可能不一樣變量保存了 同一地址的數據引用，當從一個引用類型變量傳遞到另一個相同的引用類型變量時，傳遞的是引用地址而不是實際的數據，因此改變一個變量的值會影響到另一個變量的值，值類型與引用類型在內存中的分配是決定其應用不一樣的根本緣由，由此能夠容易的解釋爲何傳遞參數的時候，按值傳遞不會改變形參的值，而按地址傳遞會改變形參的值。

內存分配的幾點：

• 值類型變量作爲局部變量時，該實例將被建立在堆棧上；而若是值類型變量做爲類型的成員變量時，它將做爲類型實例數據的一部分，同該類型的其餘字段都保存在託管堆上，將在接下來的嵌套結構部分來詳細說明問題。

• 引用類型變量數據保存在託管堆上，可是根據實例的大小有所區別，以下：若是實例的大小小於85000Byte時，則該實例將建立在GC堆上；而當實例大小大於等於85000byte時，則該實例建立在LOH（Large Object Heap）堆上。

2.2.2嵌套類型

嵌套結構就是在值類型中嵌套定義了引用類型，或者在引用類型變量中嵌套定義了值類型

• 引用類型嵌套值類型

public class NestedValueinRef
{
//aInt作爲引用類型的一部分將分配在託管堆上
private int aInt;
public NestedValueinRef
{
//aChar則分配在該段代碼的線程棧上
char achar = 'a';
}
}                                      圖5-2 內存分配圖能夠表示爲：

     

 

• 值類型嵌套引用類型

            引用類型嵌套在值類型時，內存的分配狀況爲：該引用類型將做爲值類型的成員變量，堆棧上將保存該成員的引用，而成員的實際數據仍是保存在託管堆中.

              public struct NestedRefinValue
                  {
                          public MyClass myClass;
                          public NestedRefinValue
                      {
                                myClass.X = 1;
                                myClass.Y = 2;
                      }
                  }

                                    圖5-3 內存分配圖能夠表示爲: