C#兩種數據類型

C#的兩種類據類型:值類型和引用類型

 

什麼是值類型,什麼是引用類型html

 

概念:值類型直接存儲其值,而引用類型存儲對其值的引用。部署:託管堆上部署了全部引用類型。數組

 

引用類型:基類爲Objcet安全

值類型:均隱式派生自System.ValueType:函數

 

值類型:post

byte,short,int,long,float,double,decimal,char,bool 和 struct 統稱爲值類型。ui

引用類型:url

string 和 class統稱爲引用類型。spa

 

  • 值類型變量聲明後,不論是否已經賦值,編譯器爲其分配內存。
  • 引用類型當聲明一個類時,只在棧中分配一小片內存用於容納一個地址,而此時並無爲其分配堆上的內存空間。當使用 new 建立一個類的實例時,分配堆上的空間,並把堆上空間的地址保存到棧上分配的小片空間中。
  • 值類型的實例一般是在線程棧上分配的(靜態分配),可是在某些情形下能夠存儲在堆中。
  • 引用類型的對象老是在進程堆中分配(動態分配)。

咱們來看下面一段代碼:.net

輸出結果:線程

 

值類型在棧內分配空間大小因變量類型而異;

引用類型在棧內的空間大小相同;

 

1. 通用類型系統

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。

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();

 

如下關係圖(來自MSDN)說明了這幾種類型是如何相關的。注意,類型的實例能夠只是值類型或自描述類型,即便這些類型有子類別也是如此。

類型類別:

 

2.值類型

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: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)。

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。例如:

int i = new int();

等價於:

Int32 i = new Int32();

等價於:

int i = 0;

等價於:

Int32 i = 0;

引用類型和值類型都繼承自System.Object類。不一樣的是,幾乎全部的引用類型都直接從System.Object繼承,而值類型則繼承其子類,即 直接繼承System.ValueType。System.ValueType直接派生於System.Object。即System.ValueType自己是一個類類型,而不是值類型。其關鍵在於ValueType重寫了Equals()方法,從而對值類型按照實例的值來比較,而不是引用地址來比較。

能夠用Type.IsValueType屬性來判斷一個類型是否爲值類型:

TestType testType = new TestType ();

if (testTypetype.GetType().IsValueType)

{

     Console.WriteLine("{0} is value type.", testType.ToString());

}

 

3.引用類型

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。

對於最後一條,常常混淆的是string。我曾經在一本書的一個早期版本上看到String變量比string變量效率高;我還常常據說String是引用類型,string是值類型,等等。例如:

string s1 = "Hello, ";

string s2 = "world!";

string s3 = s1 + s2;//s3 is "Hello, world!"

 

這確實看起來像一個值類型的賦值。再如:

string s1 = "a";

string s2 = s1;

s1 = "b";//s2 is still "a"

 

改變s1的值對s2沒有影響。這更使string看起來像值類型。實際上,這是運算符重載的結果,當s1被改變時,.NET在託管堆上爲s1從新分配了內存。這樣的目的,是爲了將作爲引用類型的string實現爲一般語義下的字符串。

 

4. 值類型和引用類型在內存中的部署

常常據說,而且常常在書上看到:值類型部署在棧上,引用類型部署在託管堆上。實際上並無這麼簡單。

MSDN上說:託管堆上部署了全部引用類型。這很容易理解。當建立一個應用類型變量時:

object reference = new object();

 

關鍵字new將在託管堆上分配內存空間,並返回一個該內存空間的地址。左邊的reference位於棧上,是一個引用,存儲着一個內存地址;而這個地址指向的內存(位於託管堆)裏存儲着其內容(一個System.Object的實例)。下面爲了方便,簡稱引用類型部署在託管推上。

再來看值類型。《C#語言規範》上的措辭是「結構體不要求在堆上分配內存(However, unlike classes, structs are value types and do not require heap allocation)」而不是「結構體在棧上分配內存」。這難免容易讓人感到困惑:值類型究竟部署在什麼地方?

4.1數組

考慮數組:

int[] reference = new int[100];

根據定義,數組都是引用類型,因此int數組固然是引用類型(即reference.GetType().IsValueType爲false)。

而int數組的元素都是int,根據定義,int是值類型(即reference[i].GetType().IsValueType爲true)。那麼引用類型數組中的值類型元素究竟位於棧仍是堆?

若是用WinDbg去看reference[i]在內存中的具體位置,就會發現它們並不在棧上,而是在託管堆上。

實際上,對於數組:

TestType[] testTypes = new TestType[100];

若是TestType是值類型,則會一次在託管堆上爲100個值類型的元素分配存儲空間,並自動初始化這100個元素,將這100個元素存儲到這塊內存裏。

若是TestType是引用類型,則會先在託管堆爲testTypes分配一次空間,而且這時不會自動初始化任何元素(即testTypes[i]均爲null)。等到之後有代碼初始化某個元素的時候,這個引用類型元素的存儲空間纔會被分配在託管堆上。

 

4.2類型嵌套

 

引用類型部署在託管堆上;

值類型老是分配在它聲明的地方:做爲字段時,跟隨其所屬的變量(實例)存儲;做爲局部變量時,存儲在棧上。

從上下文看,mc是一個局部變量,因此部署在託管堆上,並被棧上的一個引用所持有;

值類型字段_value1屬於引用類型實例mc的一部分,因此跟隨引用類型實例mc部署在託管堆上(有點相似於數組的情形);

value2是值類型局部變量,因此部署在棧上。

而對於值類型實例,即MyStruct

根據上下文,值類型實例ms自己是一個局部變量而不是字段,因此位於棧上;

其引用類型字段_object1不存在跟隨的問題,必然部署在託管堆上,並被一個引用所持有(該引用是ms的一部分,位於棧);

其引用類型局部變量_object2顯然部署在託管堆上,並被一個位於棧的引用所持有。

因此,簡單地說「值類型存儲在棧上,引用類型存儲在託管堆上」是不對的。必須具體狀況具體分析

 

 

C#中,咱們用struct/class來聲明一個類型爲值類型/引用類型。考慮下面的例子:

SomeType[] oneTypes = new SomeType[100];

如 果SomeType是值類型,則只須要一次分配,大小爲SomeType的100倍。而若是SomeType是引用類型,剛開始須要100次分配,分配後 數組的各元素值爲null,而後再初始化100個元素,結果總共須要進行101次分配。這將消耗更多的時間,形成更多的內存碎片。因此,若是類型的職責主 要是存儲數據,值類型比較合適。

通常來講,值類型(不支持多態)適合存儲供 C#應用程序操做的數據,而引用類型(支持多態)應該用於定義應用程序的行爲。一般咱們建立的引用類型老是多於值類型。若是知足下面狀況,那麼咱們就應該建立爲值類型:

該類型的主要職責用於數據存儲。

該類型的共有接口徹底由一些數據成員存取屬性定義。

該類型永遠不可能有子類。

該類型不具備多態行爲。

 

5. 辨明值類型和引用類型的使用場合

在C#中,咱們用struct/class來聲明一個類型爲值類型/引用類型。考慮下面的例子:

SomeType[] oneTypes = new SomeType[100];

如 果SomeType是值類型,則只須要一次分配,大小爲SomeType的100倍。而若是SomeType是引用類型,剛開始須要100次分配,分配後 數組的各元素值爲null,而後再初始化100個元素,結果總共須要進行101次分配。這將消耗更多的時間,形成更多的內存碎片。因此,若是類型的職責主 要是存儲數據,值類型比較合適。

通常來講,值類型(不支持多態)適合存儲供 C#應用程序操做的數據,而引用類型(支持多態)應該用於定義應用程序的行爲。一般咱們建立的引用類型老是多於值類型。若是知足下面狀況,那麼咱們就應該建立爲值類型:

該類型的主要職責用於數據存儲。

該類型的共有接口徹底由一些數據成員存取屬性定義。

該類型永遠不可能有子類。

該類型不具備多態行爲。

 

 

值類型和引用類型的區別(小結)

相同點:

引用類型能夠實現接口,值類型當中的結構體也能夠實現接口;

引用類型和值類型都繼承自System.Object類。

 

1)範圍方面

C#的值類型包括:結構體(數值類型、bool型、用戶定義的結構體),枚舉,可空類型。

C#的引用類型包括:數組,用戶定義的類、接口、委託,object,字符串。

2)內存分配方面:

數組的元素不論是引用類型仍是值類型,都存儲在託管堆上。

引用類型在棧中存儲一個引用,其實際的存儲位置位於託管堆。簡稱引用類型部署在託管推上。而值類型老是分配在它聲明的地方:做爲字段時,跟隨其所屬的變量(實 例)存儲;做爲局部變量時,存儲在棧上。(棧的內存是自動釋放的,堆內存是.NET中會由GC來自動釋放)

3)適用場合

值類型在內存管理方面具備更好的效率,而且不支持多態,適合用作存儲數據的載體;引用類型支持多態,適合用於定義應用程序的行爲。

引用類型能夠派生出新的類型,而值類型不能,由於全部的值類型都是密封(seal)的;

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,如   int? a = null;  );

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。

 

值得注意的是,引用類型和值類型都繼承自System.Object類。不一樣的是,幾乎全部的引用類型都直接從System.Object繼承,而值類型則繼承其子類,即 直接繼承System.ValueType。即System.ValueType自己是一個類類型,而不是值類型。其關鍵在於ValueType重寫了Equals()方法,從而對值類型按照實例的值來比較,而不是引用地址來比較。

內容參考來自文章:

值類型和引用類型,棧和堆的含義

通用類型系統概述

C#詳解值類型和引用類型區別

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