C# 值类型与引用类型 (上)

1. 主要内容

             类型的基本概念

             值类型深入

             引用类型深入

             值类型与引用类型的比较及应用

2. 基本概念

C#中,变量是值还是引用仅取决于其数据类型。

C#的基本数据类型都以平台无关的方式来定义,C#的预定义类型并没有内置于语言中,而是内置于.NET Framework中。.NET使用通用类型系统(CTS)定义了可以在中间语言(IL)中使用的预定义数据类型,所有面向.NET的语言都最终被编译为 IL,即编译为基于CTS类型的代码,

通用类型的系统的功能:

  • 建立一个支持跨语言集成、类型安全和高性能代码执行的框架。
  • 提供一个支持完整实现多种编程语言的面向对象的模型。
  • 定义各语言必须遵守的规则,有助于确保用不同语言编写的对象能够交互作用。

 

    CTS_01           clrcts

例如,在C#中声明一个int变量时,声明的实际上是CTS中System.Int32的一个实例。这具有重要的意义:

  • 确保IL上的强制类型安全;
  • 实现了不同.NET语言的互操作性;
  • 所有的数据类型都是对象。它们可以有方法,属性,等。例如:

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

 

CLR 支持两种类型:值类型引用类型,

 

 

C#的所有值类型均隐式派生自System.ValueType:

  • 结构体:struct(直接派生于System.ValueType);
    • 数值类型:
      • 整 型:sbyte(System.SByte的别名),short(System.Int16),int(System.Int32),long (System.Int64),byte(System.Byte),ushort(System.UInt16),uint (System.UInt32),ulong(System.UInt64),char(System.Char);
      • 浮点型:float(System.Single),double(System.Double);
      • 用于财务计算的高精度decimal型:decimal(System.Decimal)。
    • bool型:bool(System.Boolean的别名);
    • 用户定义的结构体(派生于System.ValueType)。
  • 枚举:enum(派生于System.Enum);
  • 可空类型(派生于System.Nullable<T>泛型结构体,T?实际上是System.Nullable<T>的别名)。

值类型(Value Type),值类型实例通常分配在线程的堆栈(stack)上,并且不包含任何指向实例数据的指针,因为变量本身就包含了其实例数据

 

C#有以下一些引用类型:

  • 数组(派生于System.Array)
  • 用户用定义的以下类型:
    • 类:class(派生于System.Object);
    • 接口:interface(接口不是一个“东西”,所以不存在派生于何处的问题。Anders在《C# Programming Language》中说,接口只是表示一种约定[contract]);
    • 委托:delegate(派生于System.Delegate)。
  • object(System.Object的别名);
  • 字符串:string(System.String的别名)。

可以看出:

  • 引用类型与值类型相同的是,结构体也可以实现接口;
  • 引用类型可以派生出新的类型,而值类型不能;
  • 引用类型可以包含null值,值类型不能(可空类型功能允许将 null 赋给值类型);
  • 引用类型变量的赋值只复制对对象的引用,而不复制对象本身。而将一个值类型变量赋给另一个值类型变量时,将复制包含的值

2.1内存深入

2.2.1 内存机制

数据在内存中分配位置取决与该变量的数据类型,上图可知值类型分配在线程的堆栈上,引用类型则分配在托管堆上,由GC控制回收,以下代码和图演示了引用类型和值类型的区别:

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();   // 在栈上分配
         r1.x = 5;                     // 提领指针

         v1.x = 5;                     // 在栈修改
         Console.WriteLine(r1.x);      // 显示”5”

         Console.WriteLine(v1.x);      //同样显示”5” 
         // 下图左半部分反映了执行以上代码之后的情形

         SomeRef r2 = r1;              //只复制引用(指针)
         SomeVal v2 = v1;              // 在栈上分配并且复制成员
         r1.x = 8;                     // r1.x和r2.x都会更改

         v1.x = 9;                     // 只是更改v1.x,不会更改v2.x
         Console.WriteLine(r1.x);      // 显示 "8"
         Console.WriteLine(r2.x);      // 显示 "8"
         Console.WriteLine(v1.x);      // 显示 "9"
         Console.WriteLine(v2.x);      // 显示 "5" 
         //右半部分反映了在执行所有代码之后的情况
      }
   }
                                   图5-1       图解代码执行时的内存分配情况

 GC01

SomeVal是用Struct来声明的,而不是用常用的Class,在C#中用Struct声明的是值类型,每个变量或者程序都有自己的堆栈,不同的变量不能公用一个内存地址因此上图中SomeRef和SomeVal一定占用了不同的堆栈,变量经过传递后,对v1变量改变时,显然不会影响到v2的数据,可以看出,堆栈中的v1,v2包含其实际数据,而r1,r2则在堆栈中保存了其实例数据的引用地址,实际的数据保存在托管堆中,因此就有可能不同变量保存了 同一地址的数据引用,当从一个引用类型变量传递到另外一个相同的引用类型变量时,传递的是引用地址而不是实际的数据,所以改变一个变量的值会影响到另外一个变量的值,值类型与引用类型在内存中的分配是决定其应用不同的根本原因,由此可以容易的解释为什么传递参数的时候,按值传递不会改变形参的值,而按地址传递会改变形参的值。

内存分配的几点:

  • 值类型变量做为局部变量时,该实例将被创建在堆栈上;而如果值类型变量作为类型的成员变量时,它将作为类型实例数据的一部分,同该类型的其他字段都保存在托管堆上,将在接下来的嵌套结构部分来详细说明问题。

  • 引用类型变量数据保存在托管堆上,但是根据实例的大小有所区别,如下:如果实例的大小小于85000Byte时,则该实例将创建在GC堆上;而当实例大小大于等于85000byte时,则该实例创建在LOH(Large Object Heap)堆上。

2.2.2嵌套类型

嵌套结构就是在值类型中嵌套定义了引用类型,或者在引用类型变量中嵌套定义了值类型

    • 引用类型嵌套值类型

public class NestedValueinRef
{
//aInt做为引用类型的一部分将分配在托管堆上
private int aInt;
public NestedValueinRef
{
//aChar则分配在该段代码的线程栈上
char achar = 'a';
}
}                                      图5-2 内存分配图可以表示为:

      GC003

 

  • 值类型嵌套引用类型

            引用类型嵌套在值类型时,内存的分配情况为:该引用类型将作为值类型的成员变量,堆栈上将保存该成员的引用,而成员的实际数据还是保存在托管堆中.

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

                                    图5-3 内存分配图可以表示为:

      GC05

待续….

posted @ 2012-04-03 14:07 Aamboo 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏