C# 值類型和引用類型（轉）

1. 主要內容

類型的基本概念

值類型深入

引用類型深入

值類型與引用類型的比較及應用

2. 基本概念

C#中，變量是值還是引用僅取決于其數據類型。

C#的基本數據類型都以平臺無關的方式來定義，C#的預定義類型并沒有內置于語言中，而是內置于.NET Framework中。.NET使用通用類型系統（CTS）定義了可以在中間語言（IL）中使用的預定義數據類型，所有面向.NET的語言都最終被編譯為 IL，即編譯為基于CTS類型的代碼，

通用類型的系統的功能：

• 建立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。
• 定義各語言必須遵守的規則，有助于確保用不同語言編寫的對象能夠交互作用。

例如，在C#中聲明一個int變量時，聲明的實際上是CTS中System.Int32的一個實例。這具有重要的意義：

• 確保IL上的強制類型安全；
• 實現了不同.NET語言的互操作性；
• 所有的數據類型都是對象。它們可以有方法，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#的所有值類型均隱式派生自System.ValueType：

• 結構體：struct（直接派生于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）；
    • 用于財務計算的高精度decimal型：decimal（System.Decimal）。
  • bool型：bool（System.Boolean的別名）；
  • 用戶定義的結構體（派生于System.ValueType）。
• 枚舉：enum（派生于System.Enum）；
• 可空類型（派生于System.Nullable<T>泛型結構體，T?實際上是System.Nullable<T>的別名）。

值類型（Value Type），值類型實例通常分配在線程的堆棧（stack）上，并且不包含任何指向實例數據的指針，因為變量本身就包含了其實例數據

C#有以下一些引用類型：

• 數組（派生于System.Array）
• 用戶用定義的以下類型：
  • 類：class（派生于System.Object）；
  • 接口：interface（接口不是一個“東西”，所以不存在派生于何處的問題。Anders在《C# PRogramming Language》中說，接口只是表示一種約定[contract]）；
  • 委托：delegate（派生于System.Delegate）。
• object（System.Object的別名）；
• 字符串：string（System.String的別名）。

可以看出：

• 引用類型與值類型相同的是，結構體也可以實現接口；
• 引用類型可以派生出新的類型，而值類型不能；
• 引用類型可以包含null值，值類型不能（可空類型功能允許將 null 賦給值類型）；
• 引用類型變量的賦值只復制對對象的引用，而不復制對象本身。而將一個值類型變量賦給另一個值類型變量時，將復制包含的值

2.1內存深入

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，引用類型則分配在托管堆上，由GC控制回收，以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); //同樣顯示”5” // 下圖左半部分反映了執行以上代碼之后的情形

SomeRef r2 = r1; //只復制引用(指針) SomeVal v2 = v1; // 在棧上分配并且復制成員 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所有代碼之后的情況 } } 圖5-1 圖解代碼執行時的內存分配情況

SomeVal是用Struct來聲明的，而不是用常用的Class，在C#中用Struct聲明的是值類型，每個變量或者程序都有自己的堆棧，不同的變量不能公用一個內存地址因此上圖中SomeRef和SomeVal一定占用了不同的堆棧，變量經過傳遞后，對v1變量改變時，顯然不會影響到v2的數據，可以看出，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，實際的數據保存在托管堆中，因此就有可能不同變量保存了 同一地址的數據引用，當從一個引用類型變量傳遞到另外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，所以改變一個變量的值會影響到另外一個變量的值，值類型與引用類型在內存中的分配是決定其應用不同的根本原因，由此可以容易的解釋為什么傳遞參數的時候，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：

• 值類型變量做為局部變量時，該實例將被創建在堆棧上；而如果值類型變量作為類型的成員變量時，它將作為類型實例數據的一部分，同該類型的其他字段都保存在托管堆上，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托管堆上，但是根據實例的大小有所區別，如下：如果實例的大小小于85000Byte時，則該實例將創建在GC堆上；而當實例大小大于等于85000byte時，則該實例創建在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做為引用類型的一部分將分配在托管堆上 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 內存分配圖可以表示為：

• 值類型嵌套引用類型

引用類型嵌套在值類型時，內存的分配情況為：該引用類型將作為值類型的成員變量，堆棧上將保存該成員的引用，而成員的實際數據還是保存在托管堆中.

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

圖5-3 內存分配圖可以表示為: