理解C#值类型与引用类型 

一--------------------------------------
在C#中，
值类型：整型、布尔型、字符型、实数型、结构型、枚举型。
引用类型：类、对象、字符串、数组、接口、委托。
c#值类型和引用类型

区别：
1、值类型通常被分配在栈上，它的变量直接包含变量的实例，使用效率比较高。

2、引用类型分配在托管堆上，引用类型的变量通常包含一个指向实例的指针，变量通过该指针来引用实例。

3、值类型继承自ValueType（注意：而System.ValueType又继承自System.Object）；而引用类型继承自System.Object。 

4、值类型变量包含其实例数据，每个变量保存了其本身的数据拷贝（副本），因此在默认情况下，值类型的参数传递不会影响参数本身；而引用类型变量保存了其数据的引用地址，因此以引用方式进行参数传递时会影响到参数本身，因为两个变量会引用了内存中的同一块地址。 

5、值类型有两种表示：装箱与拆箱；引用类型只有装箱一种形式。我会在下节以专门的篇幅来深入讨论这个话题。 

6、典型的值类型为：struct，enum以及大量的内置值类型；而能称为类的都可以说是引用类型。 

7、值类型的内存不由GC（垃圾回收，Gabage Collection）控制，作用域结束时，值类型会自行释放，减少了托管堆的压力，因此具有性能上的优势。例如，通常struct比class更高效；而引用类型的内存回收，由GC来完成，微软甚至建议用户最好不要自行释放内存。 

8、值类型是密封的（sealed），因此值类型不能作为其他任何类型的基类，但是可以单继承或者多继承接口；而引用类型一般都有继承性。 

9、值类型不具有多态性；而引用类型有多态性。 

10、值类型变量不可为null值，值类型都会自行初始化为0值；而引用类型变量默认情况下，创建为null值，表示没有指向任何托管堆的引用地址。对值为null的引用类型的任何操作，都会抛出NullReferenceException异常。 

11、值类型有两种状态：装箱和未装箱，运行库提供了所有值类型的已装箱形式；而引用类型通常只有一种形式：装箱。
二-----------------------------------

1. 通用类型系统

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。

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();

MSDN的这张图说明了CTS中各个类型是如何相关的。注意，类型的实例可以只是值类型或自描述类型，即使这些类型有子类别也是如此。

2. 值类型

C#的所有值类型均隐式派生自System.ValueType：

每种值类型均有一个隐式的默认构造函数来初始化该类型的默认值。例如：

int i = new int();

等价于：

Int32 i = new Int32();

等价于：

int i = 0;

等价于：

Int32 i = 0;

使用new运算符时，将调用特定类型的默认构造函数并对变量赋以默认值。在上例中，默认构造函数将值0赋给了i。MSDN上有完整的默认值表。

关于int和Int32的细节，在我的另一篇文章中有详细解释：《理解C#中的System.Int32和int》。

所有的值类型都是密封（seal）的，所以无法派生出新的值类型。

值得注意的是，System.ValueType直接派生于System.Object。即System.ValueType本身是一个类类型，而不是值类型。其关键在于ValueType重写了Equals()方法，从而对值类型按照实例的值来比较，而不是引用地址来比较。

可以用Type.IsValueType属性来判断一个类型是否为值类型：

TestType testType = new TestType ();
if (testTypetype.GetType().IsValueType)
{
     Console.WriteLine("{0} is value type.", testType.ToString());
}

3. 引用类型

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。

对于最后一条，经常混淆的是string。我曾经在一本书的一个早期版本上看到String变量比string变量效率高；我还经常听说String是引用类型，string是值类型，等等。例如：

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

这确实看起来像一个值类型的赋值。再如：

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

改变s1的值对s2没有影响。这更使string看起来像值类型。实际上，这是运算符重载的结果，当s1被改变时，.NET在托管堆上为s1重新分配了内存。这样的目的，是为了将做为引用类型的string实现为通常语义下的字符串。

4. 值类型和引用类型在内存中的部署

经常听说，并且经常在书上看到：值类型部署在栈上，引用类型部署在托管堆上。实际上并没有这么简单。

MSDN上说：托管堆上部署了所有引用类型。这很容易理解。当创建一个应用类型变量时：

object reference = new object();

关键字new将在托管堆上分配内存空间，并返回一个该内存空间的地址。左边的reference位于栈上，是一个引用，存储着一个内存地址；而这个地址指向的内存（位于托管堆）里存储着其内容（一个System.Object的实例）。下面为了方便，简称引用类型部署在托管推上。

再来看值类型。《C#语言规范》上的措辞是“结构体不要求在堆上分配内存（However, unlike classes, structs are value types and do not require heap allocation）”而不是“结构体在栈上分配内存”。这不免容易让人感到困惑：值类型究竟部署在什么地方？

4.1 数组

考虑数组：

int[] reference = new int[100];

根据定义，数组都是引用类型，所以int数组当然是引用类型（即reference.GetType().IsValueType为false）。

而int数组的元素都是int，根据定义，int是值类型（即reference[i].GetType().IsValueType为true）。那么引用类型数组中的值类型元素究竟位于栈还是堆？

如果用WinDbg去看reference[i]在内存中的具体位置，就会发现它们并不在栈上，而是在托管堆上。

实际上，对于数组：

TestType[] testTypes = new TestType[100];

如果TestType是值类型，则会一次在托管堆上为100个值类型的元素分配存储空间，并自动初始化这100个元素，将这100个元素存储到这块内存里。

如果TestType是引用类型，则会先在托管堆为testTypes分配一次空间，并且这时不会自动初始化任何元素（即testTypes[i]均为null）。等到以后有代码初始化某个元素的时候，这个引用类型元素的存储空间才会被分配在托管堆上。

4.2 类型嵌套

更容易让人困惑的是引用类型包含值类型，以及值类型包含引用类型的情况：

单看valueTypeStructInstance，这是一个结构体实例，感觉似乎是整块扔到栈上的。但是字段_referenceTypeField是引用类型，局部变量referenceTypeLocalVarible也是引用类型。

referenceTypeClassInstance也有同样的问题，referenceTypeClassInstance本身是引用类型，似乎应该整块部署在托管堆上。但字段_valueTypeField是值类型，局部变量valueTypeLocalVariable也是值类型，它们究竟是在栈上还是在托管堆上？

规律是：

  • 引用类型部署在托管堆上；
  • 值类型总是分配在它声明的地方：作为字段时，跟随其所属的变量（实例）存储；作为局部变量时，存储在栈上。

我们来分析一下上面的代码。对于引用类型实例，即referenceTypeClassInstance：

  • 从上下文看，referenceTypeClassInstance是一个局部变量，所以部署在托管堆上，并被栈上的一个引用所持有；
  • 值类型字段_valueTypeField属于引用类型实例referenceTypeClassInstance的一部分，所以跟随引用类型实例referenceTypeClassInstance部署在托管堆上（有点类似于数组的情形）；
  • valueTypeLocalVariable是值类型局部变量，所以部署在栈上。

而对于值类型实例，即valueTypeStruct：

  • 根据上下文，值类型实例valueTypeStructInstance本身是一个局部变量而不是字段，所以位于栈上；
  • 其引用类型字段_referenceTypeField不存在跟随的问题，必然部署在托管堆上，并被一个引用所持有（该引用是valueTypeStruct的一部分，位于栈）；
  • 其引用类型局部变量referenceTypeLocalVariable显然部署在托管堆上，并被一个位于栈的引用所持有。

所以，简单地说“值类型存储在栈上，引用类型存储在托管堆上”是不对的。必须具体情况具体分析。

5. 正确使用值类型和引用类型

这一部分主要参考《Effective C#》，并非本人原创，希望能让你加深对值类型和引用类型的理解。

5.1 辨明值类型和引用类型的使用场合

C#中，我们用struct/class来声明一个类型为值类型/引用类型。

考虑下面的例子：

TestType[] testTypes = new TestType[100];

如果TestTye是值类型，则只需要一次分配，大小为TestTye的100倍。而如果TestTye是引用类型，刚开始需要100次分配，分配后数组的各元素值为null，然后再初始化100个元素，结果总共需要进行101次分配。这将消耗更多的时间，造成更多的内存碎片。所以，如果类型的职责主要是存储数据，值类型比较合适。

一般来说，值类型（不支持多态）适合存储供 C#应用程序操作的数据，而引用类型（支持多态）应该用于定义应用程序的行为。

通常我们创建的引用类型总是多于值类型。

　

　　

posted @ 2011-08-03 18:11  naariah  阅读(273)  评论(0)    收藏  举报