第三节: 值类型与引用类型、深拷贝与浅拷贝、原型模式详解
一. 值类型和引用类型
1. 前言
(1). 分类
值类型包括：布尔类型、浮点类型(float、double、decimal、byte)、字符类型(char)、整型（int、long、short等）、枚举(entum)、结构体(struct)。
引用类型：数组、字符串(string)、类、接口、委托(delegate)。
(2).内存存储
值类型数据存放在栈stack中， 引用类型地址存放栈stack中，数据存放在堆heap中。
值类型变量声明后，不管是否赋值，都会在在栈中分配内存空间。引用类型声明时，只在栈中分配内存，用于存放地址，并没有在堆上分配内存空间。
2. 对象的传递
(1). 将值类型的变量赋值给另一个变量，会执行一次赋值，赋值变量包含的值。
(2). 将引用类型的变量赋值给另一个引用类型变量，它复制的是引用对象的内存地址，在赋值后就会多个变量指向同一个引用对象实例。
代码分享：
Console.WriteLine("------------------------下面是值类型和引用类型赋值-----------------------------"); //值类型赋值 int a = 0; int b = a; Console.WriteLine($"默认值： a={a},b={b}"); a = 1; Console.WriteLine($"修改a的值后： a={a},b={b}"); b = 2; Console.WriteLine($"修改b的值后： a={a},b={b}"); //引用类型赋值 Student stu1 = new Student(); stu1.age = 20; Student stu2 = stu1; Console.WriteLine($"默认值： stu1.age={ stu1.age}, stu2.age={stu2.age}"); stu1.age = 30; Console.WriteLine($"修改stu1.age的值后：stu1.age={ stu1.age}, stu2.age={stu2.age}"); stu2.age = 40; Console.WriteLine($"修改stu2.age的值后： stu1.age={ stu1.age}, stu2.age={stu2.age}");
运行结果：
3. 参数按值传递
(1). 对于值类型(age)，传递的是该值类型实例的一个副本，因此原本的值age并没有改变。
(2). 对于引用类型(Student stu)，传递是变量stu的引用地址（即stu对象实例的内存地址）拷贝副本，因此他们操作都是同一个stu对象实例。
代码分享：
{ Console.WriteLine("------------------------下面是参数按值传递-----------------------------"); //值类型按值传递 int age1 = 60; Utils.AddAge1(age1); Console.WriteLine($"age={age1}"); //引用类型按值传递 Student stu2 = new Student(); stu2.age = 100; Utils.ReduceAge1(stu2); Console.WriteLine($"age={stu2.age}"); } public class Utils { public static void ReduceAge1(Student stu) { stu.age -= 10; Console.WriteLine($"ReduceAge age={stu.age}"); } public static void AddAge1(int age) { age += 10; Console.WriteLine($"AddAge age ={age}"); } public static void ReduceAge2(ref Student stu) { stu.age -= 10; Console.WriteLine($"ReduceAge age={stu.age}"); } public static void AddAge2(ref int age) { age += 10; Console.WriteLine($"AddAge age ={age}"); } }
运行结果：
4. 参数按引用类型传递
不管是值类型还是引用类型，可以使用ref或out关键字来实现参数的按引用传递。ref或out关键字告诉编译器，方法传递的是参数地址，而非参数本身。在按引用传递时，方法的定义和调用都必须显式的使用ref或out关键字，不可以省略，否则会引起编译错误。
代码分享：
{ Console.WriteLine("------------------------下面是参数按引用传递-----------------------------"); //值类型按值传递 int age1 = 60; Utils.AddAge2(ref age1); Console.WriteLine($"age={age1}"); //引用类型按值传递 Student stu2 = new Student(); stu2.age = 100; Utils.ReduceAge2(ref stu2); Console.WriteLine($"age={stu2.age}"); } public class Utils { public static void ReduceAge1(Student stu) { stu.age -= 10; Console.WriteLine($"ReduceAge age={stu.age}"); } public static void AddAge1(int age) { age += 10; Console.WriteLine($"AddAge age ={age}"); } public static void ReduceAge2(ref Student stu) { stu.age -= 10; Console.WriteLine($"ReduceAge age={stu.age}"); } public static void AddAge2(ref int age) { age += 10; Console.WriteLine($"AddAge age ={age}"); } }
运行结果：
5. string和其它引用类型的区别
(1). 在string字符串，一开始s1地址指向是ypf，因为s2=s1，所以s2地址也同样指向ypf；当s1再次赋值lmr时，堆中就会开辟出数据lmr，而且ypf没有消失，没有被覆盖。s1地址就指向lmr，s2地址还是原来的ypf。
(2). 在引用类型数组上，一开始arry1和arry2的地址都指向{1,2,3}，当给arry1进行数据更改时，由于是引用类型，所以在{1,2,3}上面进行更改，就会对arry2进行覆盖。
代码如下：
{ Console.WriteLine("------------------------下面是string和其它引用类型的区别-----------------------------"); //string类型的测试 string s1 = "ypf"; string s2 = s1; Console.WriteLine($"s1={s1},s2={s2}"); //修改s1的值 s1 = "lmr"; Console.WriteLine($"s1={s1},s2={s2}"); //其它引用类型的测试 int[] arry1 = new int[] { 1, 2, 3 }; int[] arry2 = arry1; Console.WriteLine($"默认值：arry1[0]={arry1[0]},arry1[1]={arry1[1]},arry1[2]={arry1[2]}"); Console.WriteLine($"默认值：arry2[0]={arry2[0]},arry2[1]={arry2[1]},arry2[2]={arry2[2]}"); arry1[2] = 0; Console.WriteLine($"修改后：arry1[0]={arry1[0]},arry1[1]={arry1[1]},arry1[2]={arry1[2]}"); Console.WriteLine($"修改后：arry2[0]={arry2[0]},arry2[1]={arry2[1]},arry2[2]={arry2[2]}"); }
运行效果：
string变化图如下：
Array类型变化图如下：
6. 拆箱和装箱
装箱是值类型向引用类型转换时发生的，拆箱是引用类型向值类型转换时发生的。装箱是隐式的，拆箱是显式的
代码分享：
{ Console.WriteLine("------------------------下面是拆箱和装箱-----------------------------"); int a = 123; object obj = a; //装箱(隐式) Console.WriteLine($"装箱后的结果obj={obj}"); int b = (int)obj; //拆箱(显式) Console.WriteLine($"拆箱后的结果b={b}"); }
运行效果
7. 总结
(1). 值类型有更好的效率，但不支持多态，适合用作存储数据的载体。而引用类型支持多态，适合用于定义程序的行为。
(2). 引用类型可以派生新的类型，而值类型不能。
二. 深拷贝和浅拷贝
1. 浅拷贝
创建一个新对象，这个对象有着原始对象属性值的一份精确拷贝。如果属性是值类型和string类型，拷贝的就是基本类型的值；如果属性是引用类型，拷贝的就是内存地址（string类型除外），所以修改其中一个对象，就会影响到另一个对象。
2. 深拷贝
将一个对象从内存中完整的拷贝一份出来,从堆内存中开辟一个新的区域存放新对象,且修改新对象和原对象的修改不会相互影响.
3. 二者区别
最根本的区别在于是否真正获取一个对象的复制实体,而不是引用,假设B复制了A，修改A的时候，看B是否发生变化：
(1).如果B跟着也变了，说明是浅拷贝，拿人手短！（修改堆内存中的同一个值）
(2).如果B没有改变，说明是深拷贝，自食其力！（修改堆内存中的不同的值）
简单的来说：
如果拷贝的时候共享被引用的对象就是浅拷贝，如果被引用的对象也拷贝一份出来就是深拷贝。（深拷贝就是说重新new一个对象，然后把之前的那个对象的属性值在重新赋值给这个用户）
4. .Net中实现
(1).浅拷贝通过MemberwiseClone()方法实现.
(2).深拷贝可以通过流的方式和反射的方式来实现,其中流的方式类前必须加 [Serializable], 反射的方式需要考虑的问题很多，嵌套以及各种类型, 此处提供的方法并不完善.
代码分享：
/// <summary> /// 克隆方法(基于浅拷贝) /// 用于实现ICloneable里方法（当然你用来实现深拷贝也可以） /// </summary> /// <returns></returns> public object Clone() { return this.MemberwiseClone(); } /// <summary> /// 克隆方法(基于深拷贝) /// 类前面必须加可序列化标志[Serializable] /// </summary> /// <returns></returns> public object DeepClone1() { using (MemoryStream stream = new MemoryStream()) { BinaryFormatter bFormatter = new BinaryFormatter(); bFormatter.Serialize(stream, this); stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); return bFormatter.Deserialize(stream); } }
基于反射的深拷贝:(仅供参考，不是很完善)
public class Utils { /// <summary> /// 基于反射的深拷贝 /// （存在问题，不是很好用） /// </summary> /// <param name="obj"></param> /// <returns></returns> public static object DeepClone(Object obj) { Type type = obj.GetType(); //对于没有公共无参构造函数的类型此处会报错 object returnObj = Activator.CreateInstance(type); FieldInfo[] fields = type.GetFields(BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance); for (int i = 0; i < fields.Length; i++) { FieldInfo field = fields[i]; var fieldValue = field.GetValue(obj); ///值类型，字符串，枚举类型直接把值复制，不存在浅拷贝 if (fieldValue.GetType().IsValueType || fieldValue.GetType().Equals(typeof(System.String)) || fieldValue.GetType().IsEnum) { field.SetValue(returnObj, fieldValue); } else { field.SetValue(returnObj, DeepClone(fieldValue)); } } //属性 PropertyInfo[] properties = type.GetProperties(BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance); for (int i = 0; i < properties.Length; i++) { PropertyInfo property = properties[i]; var propertyValue = property.GetValue(obj); if (propertyValue.GetType().IsValueType || propertyValue.GetType().Equals(typeof(System.String)) || propertyValue.GetType().IsEnum) { property.SetValue(returnObj, propertyValue); } else { property.SetValue(returnObj, DeepClone(propertyValue)); } } return returnObj; } }
5. 经过测试得出来一个结论
(1).对于浅拷贝：所有值类型和string这个引用类型修改其中一个对象的值,不相互影响; 除了string以外的引用类型都相互影响; 类属于引用类型,修改类中的一个属性值，被拷贝的另一个对象的属性值也会发生变化(与类中的属性值是什么类型没有关系).
(2).对于深拷贝：无论是值类型还是引用类型, 修改其中一个对象的值都不会相互影响。
代码分享：
/// <summary> /// Video视频类 /// </summary> [Serializable] public class Video : ICloneable { public string Id { set; get; } // 视频编号 public string Content { set; get; } // 视频内容 public List<int> ageList { set; get; } public VideoDetails vDetails { get; set; } /// <summary> /// 克隆方法(基于浅拷贝) /// 用于实现ICloneable里方法（当然你用来实现深拷贝也可以） /// </summary> /// <returns></returns> public object Clone() { return this.MemberwiseClone(); } /// <summary> /// 克隆方法(基于深拷贝) /// 类前面必须加可序列化标志[Serializable] /// </summary> /// <returns></returns> public object DeepClone1() { using (MemoryStream stream = new MemoryStream()) { BinaryFormatter bFormatter = new BinaryFormatter(); bFormatter.Serialize(stream, this); stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); return bFormatter.Deserialize(stream); } } } /// <summary> /// 视频详情类 /// </summary> [Serializable] public class VideoDetails { public string videoUrl { get; set; } public int videoPic { get; set; } public VideoDetails(string myVideoUrl, int myVideoPic) { this.videoUrl = myVideoUrl; this.videoPic = myVideoPic; } }
测试代码
#region 浅拷贝 { Console.WriteLine("-------------------------------下面是基于浅拷贝------------------------------------"); Video v1 = new Video() { Id = "001", Content = "西游记", ageList = new List<int>() { 000 }, //List是引用类型 vDetails = new VideoDetails(@"H:\DesignMode", 1111) //类也是引用类型 }; Video v2 = (Video)v1.Clone(); Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v1.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); //修改v1的值,v2中的属性是否变化要分情况讨论的 v1.Content = "水浒传"; v1.ageList[0] = 111; v1.vDetails.videoUrl = @"H:\XXXXXXX"; v1.vDetails.videoPic = 22222; Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v2.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); } #endregion #region 深拷贝1(流的模式) { Console.WriteLine("-------------------------------下面是基于深拷贝1------------------------------------"); Video v1 = new Video() { Id = "001", Content = "西游记", ageList = new List<int>() { 000 }, vDetails = new VideoDetails(@"H:\DesignMode", 1111) }; Video v2 = (Video)v1.DeepClone1(); Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v1.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); //修改v1的值,v2不变 v1.Content = "水浒传"; v1.vDetails.videoUrl = @"H:\XXXXXXX"; v1.vDetails.videoPic = 22222; Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v2.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); } #endregion
运行结果：
三. 原型模式详解
1. 背景
在有些系统中，存在大量相同或相似对象的创建问题，如果用传统的构造函数来创建对象，会比较复杂且耗时耗资源，用原型模式生成对象就很高效，就像孙悟空拔下猴毛轻轻一吹就变出很多孙悟空一样简单。
2. 定义和特点
定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。
3. 具体实现
(1). 模式结构
A. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口，eg：.Net 中的ICloneable。
B. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
C. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
结构图如下：
(2). 使用场景
有一块视频，我需要1个一模一样的，并且我还需要1个除了路径不同其它都相同的视频，这个时候可以使用原型模式哦。
(3). 代码实操
相关类：
/// <summary> /// Video视频类 /// </summary> [Serializable] public class Video : ICloneable { public string Id { set; get; } // 视频编号 public string Content { set; get; } // 视频内容 public List<int> ageList { set; get; } public VideoDetails vDetails { get; set; } /// <summary> /// 克隆方法(基于浅拷贝) /// 用于实现ICloneable里方法（当然你用来实现深拷贝也可以） /// </summary> /// <returns></returns> public object Clone() { return this.MemberwiseClone(); } /// <summary> /// 克隆方法(基于深拷贝) /// 类前面必须加可序列化标志[Serializable] /// </summary> /// <returns></returns> public object DeepClone1() { using (MemoryStream stream = new MemoryStream()) { BinaryFormatter bFormatter = new BinaryFormatter(); bFormatter.Serialize(stream, this); stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); return bFormatter.Deserialize(stream); } } } /// <summary> /// 视频详情类 /// </summary> [Serializable] public class VideoDetails { public string videoUrl { get; set; } public int videoPic { get; set; } public VideoDetails(string myVideoUrl, int myVideoPic) { this.videoUrl = myVideoUrl; this.videoPic = myVideoPic; } }
测试代码：
#region 01-完全相同视频的拷贝 { Console.WriteLine("------------------------------- 01-完全相同视频的拷贝------------------------------------"); Video v1 = new Video() { Id = "001", Content = "西游记", ageList = new List<int>() { 000 }, vDetails = new VideoDetails(@"H:\DesignMode", 1111) }; Video v2 = (Video)v1.DeepClone1(); //深拷贝 Console.WriteLine($"v1: Id={v1.Id},Content={v1.Content},ageList[0]={ v1.ageList[0]},Url={v1.vDetails.videoUrl},videoPic={v1.vDetails.videoPic}"); Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v2.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); } #endregion #region 02-相似视频的拷贝 { Console.WriteLine("-------------------------------02-相似视频的拷贝------------------------------------"); Video v1 = new Video() { Id = "001", Content = "西游记", ageList = new List<int>() { 000 }, vDetails = new VideoDetails(@"H:\DesignMode", 1111) }; Video v2 = (Video)v1.DeepClone1(); //深拷贝 Console.WriteLine($"v1: Id={v1.Id},Content={v1.Content},ageList[0]={ v1.ageList[0]},Url={v1.vDetails.videoUrl},videoPic={v1.vDetails.videoPic}"); //相似视频的拷贝,只需要简单修改即可 v2.vDetails.videoUrl = @"F:\newVideo"; Console.WriteLine($"v2: Id={v2.Id},Content={v2.Content},ageList[0]={ v2.ageList[0]},Url={v2.vDetails.videoUrl},videoPic={v2.vDetails.videoPic}"); } #endregion
运行结果：
4. 使用场景
(1). 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
(2). 对象的创建过程比较麻烦，但复制比较简单的时候。
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