談一談值類型與引用類型和裝箱與拆箱

時間 2019-11-11

標籤類型引用裝箱简体版

原文原文鏈接

哇。。。明天就放假了，很開心，原本每週五晚上都是去看電影的，結果今天要陪老婆去精英學英語，漫長的三個多小時，還好不是讓我光等着，給了我一臺電腦讓我上上網，因而決定繼續分享一些我所理解的C#知識。先寫理論的東西，等回家了在補實例（沒辦法啊，機子上沒有vs，咋也不能我給人家裝一個不是。）程序員

我寫博客的目的：面試

第一點也是我寫博客最重要的一點，就是經過把本身所理解技術寫下來，以鞏固本身學習的知識（可能不像其餘園友那樣只是單純的爲了和你們分享本身的技術。。。嘿嘿）。由於本身是學數學專業的，去年三月份剛剛接觸編程這麼個東西，知識不像計算機專業的同窗那麼系統，所以也想經過寫博客來記錄本身學習的知識，未來回過頭來翻看。編程

第二點分享我所理解的給你們，從而但願對讀者有必定的幫助。（這一點確定是有的，^_^）。數組

第三點就是也能經過通園友的探討和批評建議中提升本身。因此但願園友還有各路大神們留下寶貴的墨筆，小子在此感激涕零。數據結構

言歸正文，前幾天面試（嘿嘿，是咱們技術老大去面，我屬於旁聽的，基本沒我什麼事，不過真的能學到不少東西），碰到一個小夥伴，公司面試題中有一個題目，就是問什麼是值類型與引用類型。小夥伴回答的很完整：ide

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。

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。爲了方便，本文簡稱引用類型部署在託管推上。

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。

這是我在百度上摘下來的，他回答的和這些差很少，基本都答出來了，而後老大拿着面試題，以爲他這個寫的不錯，就又問了問，說你以爲在何時或者狀況下適合用值類型，什麼狀況下適合用引用類型啊？結果小夥伴啞口無言。。。函數

額。。。我以爲這中狀況的小夥伴確定非長多，我也是，當初爲了應付找工做，不少狀況下都是在背面試題。好比什麼是接口，而後上網上一搜：性能

而後看都有人回答：學習

接着，背誦熟悉了，而後去面試，反正當初的我就是這樣的。。。。。。spa

但是，這樣就真的瞭解接口和抽象類了嗎？

答案是NO，就算你把接口抽象類的概念背的再熟悉，你就這的理解面向接口，面向抽象了嗎? 就算你把繼承、封裝、多態的概念滾瓜爛熟，你就真的瞭解面向對象思想了嗎。。。我以爲，這些概念是爲了讓咱們懂得怎麼去更高的去應用。這才這最主要的。

回到今天的主題上來。

CRL支持兩種類型，一種是值類型，一種是引用類型，在FCL中，大部分的類型都是引用類型，引用類型的對象老是從託管堆中分配，C#用new關鍵字來返回對象的內存地址。也就是說，當你要用一個引用類型時，你要考慮到一下幾點。

　　1--要從託管對上分配內存

　　2--託管堆中的每一個對象都會有一些額外的成員:類型對象指針和同步快索引

　　　　類型對象指針：就是指向對象的類型對象的指針，額。。。估計這麼解釋確定聽不懂，反正我當時接觸的時候是聽不懂的。其實就是這個意思，咱們知道咱們寫的C#代碼，在編譯的時候都被C#編譯器編譯成一個託管模塊，其中包括CLR頭，PE頭，還有IL代碼和元數據，IL（中間語言）就是咱們所說的託管代碼，他跑在CRL上面的，當應用程序運行的時候，爲了執行一個方法，首先必須把IL代碼轉換成本地的CPU語言，這時候就用到JIT（即時編譯器），在運行一個方法以前，CLR會檢測這個方法裏面所用到的全部的類型，而後爲這些類型在託管堆中建立一個數據結構，也就是類型對象，好比所你在方法裏面用到了Student類，那麼就會建立Student的類型對象，當你new一個Student的實例的時候，又會在託管堆中建立一個Student對象的實例，這個對象實例裏面包含的類型對象指針就這行Student這個類型對象。咱們說託管對中的每一個對象都有類型對象指針和同步快索引，Student類型對象也不例外，他的類型對象指針指向System.Type類型對象（這個就是祖宗了，就像當與object是全部類型的祖宗同樣），System.Type類型對象也是一個對象，也包含類型對象指針，他指向他本身。 - - - - - -不知道我這樣解釋能明白不。。。

　　　　同步快索引：這個沒咋研究過，不過他在CLR裏面是一個和牛逼的人物，挺多的功能都要經過它實現，等之後有機會再研究。

　　3--沒當在託管堆中建立一個對象的時候，都有可能會強制的執行一次垃圾回收。爲啥說可能呢，我以爲應該是這麼回事，垃圾回收器中不是有「代」這個概念嗎，當要在託管堆中建立對象時，發現最低代滿了的時候，就會執行一次垃圾回收。（我猜的啊，不過我以爲是這樣）

你看啊，弄一個引用類型的對象多麻煩啊，若是全部的類型都用引用類型的話，那麼程序的性能就會降低，若是沒建立一個int對象，都要在託管對中分配內存，這樣性能會受很大的影響，因此CRL又支持一種「輕量級的」類型：值類型。

值類型的實例通常都是在堆棧上分配的，這裏用的是通常狀況啊，由於有時候可能作爲應用類型的對象的字段存放在對象中。如今我們就說這個通常的狀況下。在表明值類型的變量當中，不包含值類型實例的指針，而是包含實例對象自己，這樣就不須要再託管對中分配內存，這樣一來，值類型的使用，即減輕了託管對的壓力，同時又較少了一個應用程序的一個生命週期內，垃圾回收的次數。

在FCL中，大多數類型都是引用類型，或者就是通常管引用類型都叫「類」，好比system.Console類 Match類還有什麼接口啊事件委託數組都是引用類型，而值類型，在FCL中通常都叫結構或者枚舉。例如system.Int32結構，System.DayAndWeek枚舉。

全部的結構都是從System.ValueType派生出來的，全部的枚舉都是從System.Enum類派生出來的，System.Enum又是從System.ValueType派生的。並且全部的值類型都是sealed（密封）的

說了這麼多理論性的東西，不少小夥伴都改煩了，好吧，我用代碼展現一下值類型和引用類型在某些方面的不一樣。

1     public struct CalValue  //結構：屬於值類型
2     {
3         public int age;
4     }

6     public class CalRef  //類：輸入引用類型
7     {
8         public int age;
9     }

在Main函數裏：

 1             CalValue val = new CalValue(); //在線程棧上分配 此時val變量包含着CalValue的實例
 2             val.age = 10;//在線程棧上直接修改
 3             CalValue val1 = val;//在線程棧上分配而且複製成員，
 4             val1.age = 20;//在線程棧上修改，此時只修改val1.age 而 val.age不會修改，由於這是兩個徹底獨立的實例
 5             CalRef re = new CalRef();//在對上分配，關鍵字new調用CalRef類的構造函數，返回建立的對象的地址，保存在變量re中。
 6             re.age = 10;//提領指針，找到對象而後修改對象的age字段
 7             CalRef re1 = re;//定義變量re1，而且將re內保存的對象指針複製到re1中，此時，re和re1變量同時包含了指向同一個對象的地址。

 8             re1.age = 20;//提領指針，找到對象而後修改對象的age字段，因爲re和re1變量內保存的指針指向同一個對象，因此re.age也會改變爲 20

 9  Console.WriteLine(val.age); 10  Console.WriteLine(val1.age); 11  Console.WriteLine(re.age); 12 Console.WriteLine(re1.age); 顯示結果10 20 20 20

我想你們看了上面代碼裏面的註釋就已經很明白了吧，讓咱們看看它編譯成的IL：

.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
    .entrypoint
    .maxstack 2
    .locals init (
        [0] valuetype ValueTypeAndObjectType.CalValue val,
        [1] valuetype ValueTypeAndObjectType.CalValue val1,
        [2] class ValueTypeAndObjectType.CalRef re,
        [3] class ValueTypeAndObjectType.CalRef re1)  //表示方法內部定義了四個局部變量，前面的數字是變量的索引
    L_0000: nop //no operation 沒操做，我也不知道爲啥沒操做爲啥還要寫上這麼個東西，正在研究中。。。
------------------------------------------------
　　 CalValue val = new CalValeu():
    L_0001: ldloca.s val  //將變量val的地址壓入棧中
    L_0003: initobj ValueTypeAndObjectType.CalValue // initobj表示建立一個值類型 並經過val的變量地址保存在val變量中（"並經過val的變量地址保存在val變量中"，是我猜測的，但我絕對應該是這樣了，你們能夠作個參考，而後查看相關資料，知道是咋回事的大神還但願您指點一二，再猜測拜上了哈）

--------------------------------------------------
　　 val.age = 10 L_0009: ldloca.s val //壓入val變量的地址 L_000b: ldc.i4.10 //將常量 10 壓入棧中
　　L_000d: stfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalValue::age // 將10保存在 val中的實例的age字段中

--------------------------------------------------
　　 CalValue val1 = val;
　　 val1.age = 20; L_0012: ldloc.0 //將索引爲0的局部變量裝在到棧中，這裏就是變量val L_0013: stloc.1 // 吧棧中返回的值存放到索引爲1的局部變量中，這裏就是至關於把val變量整個複製了一份，而後賦給val1，由於val是值類型變量，裏面包含了一個值類型實例，因此val1裏面也就有了一個值類型實例
    L_0014: ldloca.s val1 //同上
    L_0016: ldc.i4.s 20 //同上
    L_0018: stfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalValue::age // 此時是將20賦給了val1裏面實例的age字段。
--------------------------------------------------
　　 CalRef re = new CalRef();
    L_001d: newobj instance void ValueTypeAndObjectType.CalRef::.ctor() //newobj表示建立引用類型對象，並返回一個對象的地址
    L_0022: stloc.2 //將地址存儲在索引爲2的變量中 ：re
--------------------------------------------------
    L_0023: ldloc.2 //將變量re 裝載到棧中
    L_0024: ldc.i4.s 10
    L_0026: stfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalRef::age  //將10賦值給對象的age字段
--------------------------------------------------
　　 Calref re1 = re;
    L_002b: ldloc.2 
    L_002c: stloc.3 //這裏是關鍵，在這裏能夠看出，知識把re變量整個賦值一下，而後給re1，而沒有將堆中的對象也同時複製。由於re裏面包含類對象的指針，因此re1裏面也包含了一個相同的指針（由於是複製嘛），這兩個指針指向同一個對象。（看到了IL代碼，我才更加理解只是複製了引用是怎麼回事）
--------------------------------------------------
    L_002d: ldloc.3 
    L_002e: ldc.i4.s 20
    L_0030: stfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalRef::age
    L_0035: ldloca.s val
    L_0037: ldfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalValue::age
    L_003c: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
    L_0041: nop 
    L_0042: ldloca.s val1
    L_0044: ldfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalValue::age
    L_0049: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
    L_004e: nop 
    L_004f: ldloc.2 
    L_0050: ldfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalRef::age
    L_0055: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
    L_005a: nop 
    L_005b: ldloc.3 
    L_005c: ldfld int32 ValueTypeAndObjectType.CalRef::age
    L_0061: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
    L_0066: nop 
    L_0067: ret }