c# 引用類型與值類型的區(qū)別詳解

2020-01-24 03:16:10

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供稿：網(wǎng)友

解析：CLR支持兩種類型：值類型和引用類型。用Jeffrey Richter（《CLR via C#》作者）的話來說，“不理解引用類型和值類型區(qū)別的程序員將會把代碼引入詭異的陷阱和諸多性能問題”。這就要求我們正確理解和使用值類型和引用類型。
值類型包括C#的基本類型（用關(guān)鍵字int、char、float等來聲明），結(jié)構(gòu)（用struct關(guān)鍵字聲明的類型），枚舉（用enum關(guān)鍵字聲明的類型）；而引用類型包括類（用class關(guān)鍵字聲明的類型）和委托（用delegate關(guān)鍵字聲明的特殊類）。
C#中的每一種類型要么是值類型，要么是引用類型。所以每個對象要么是值類型的實例，要么是引用類型的實例。值類型的實例通常是在線程棧上分配的（靜態(tài)分配），但是在某些情形下可以存儲在堆中。引用類型的對象總是在進程堆中分配（動態(tài)分配）。
（1）在C#中，變量是值還是引用僅取決于其基本數(shù)據(jù)類型。
C#的基本數(shù)據(jù)類型都與平臺無關(guān)。C#的預定義類型并沒有內(nèi)置于語言中，而是內(nèi)置于.NET Framework中。.NET使用通用類型系統(tǒng)（CTS）定義可以在中間語言（IL）中使用的預定義數(shù)據(jù)類型。C#中所有的數(shù)據(jù)類型都是對象。它們可以有方法、屬性等。例如，在C#中聲明一個int變量時，聲明實際上是CTS（通用類型系統(tǒng)）中System.Int32的一個實例：

復制代碼代碼如下:

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

（2）System.Object和System.ValueType。
引用類型和值類型都繼承自System.Object類。不同的是，幾乎所有的引用類型都直接從System.Object繼承，而值類型則繼承其子類，即直接繼承System.ValueType。作為所有類型的基類，System.Object提供了一組方法，這些方法在所有類型中都能找到。其中包含toString方法及clone等方法。System.ValueType繼承System.Object。它沒有添加任何成員，但覆蓋了所繼承的一些方法，使其更適合于值類型。
（3）值類型。
C#的所有值類型均隱式派生自System.ValueType：
結(jié)構(gòu)體：struct（直接派生于System.ValueType）。
數(shù)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(wù)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(jié)構(gòu)體（派生于System.ValueType）。
枚舉：enum（派生于System.Enum）。
可空類型。
每種值類型均有一個隱式的默認構(gòu)造函數(shù)來初始化該類型的默認值。例如：

復制代碼代碼如下:

int i = 0;
等價于：
int i = new int();

使用new運算符時，將調(diào)用特定類型的默認構(gòu)造函數(shù)并對變量賦予默認值。在上例中，默認構(gòu)造函數(shù)將值0賦給了i。
所有的值類型都是密封（seal）的，所以無法派生出新的值類型。
值得注意的是，System.ValueType直接派生于System.Object。即System.ValueType本身是一個類類型，而不是值類型。其關(guān)鍵在于ValueType重寫了Equals()方法，從而對值類型按照實例的值來比較，而不是引用地址來比較?？梢杂肨ype.IsValueType屬性來判斷一個類型是否為值類型：

復制代碼代碼如下:

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

（4）引用類型
C#有以下一些引用類型：
數(shù)組（派生于System.Array）
用戶需定義以下類型。
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。接口只是表示一種contract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(jié)構(gòu)體也可以實現(xiàn)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；引用類型變量的賦值只復制對象的引用，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。
（5）內(nèi)存分配。
值類型的實例經(jīng)常會存儲在棧上的。但是也有特殊情況。如果某個類的實例有個值類型的字段，那么實際上該字段會和類實例保存在同一個地方，即堆中。不過引用類型的對象總是存儲在堆中。如果一個結(jié)構(gòu)的字段是引用類型，那么只有引用本身是和結(jié)構(gòu)實例存儲在一起的（在?；蚨焉?，視情況而定）。如下例所示：

復制代碼代碼如下:

public struct ValueTypeStruct
{
    private object referenceTypeObject;
    public void Method()
    {
        referenceTypeObject = new object();
        object referenceTypeLocalVariable = new object();
    }
}
ValueTypeStruct valueTypeStructInstance = new ValueTypeStruct();
valueTypeStructInstance.Method();
//referenceTypeObject 和 referenceTypeLocalVariable 都在哪存放?
單看valueTypeStructInstance，這是一個結(jié)構(gòu)體實例，感覺似乎是整塊都在棧上。但是字段referenceTypeObject是引用類型，局部變量referenceTypeLocalVarible也是引用類型。
public class ReferenceTypeClass
{
    private int _valueTypeField;
    public ReferenceTypeClass()
    {
        _valueTypeField = 0;
    }
    public void Method()
    {
        int valueTypeLocalVariable = 0;
    }
}
ReferenceTypeClass referenceTypeClassInstance = new ReferenceTypeClass();
// _valueTypeField在哪存放?
referenceTypeClassInstance.Method();
// valueTypeLocalVariable在哪存放?

referenceTypeClassInstance也有同樣的問題，referenceTypeClassInstance本身是引用類型，似乎應該整塊部署在托管堆上。但字段_valueTypeField是值類型，局部變量valueTypeLocalVariable也是值類型，它們究竟是在棧上還是在托管堆上？
對上面的情況正確的分析是：引用類型在棧中存儲一個引用，其實際的存儲位置位于托管堆。為了方便，簡稱引用類型部署在托管堆上。值類型總是分配在它聲明的地方，作為字段時，跟隨其所屬的變量（實例）存儲；作為局部變量時，存儲在棧上。
（6）辨明值類型和引用類型的使用場合。
在C#中，我們用struct/class來聲明一個類型為值類型/引用類型。考慮下面的例子：
SomeType[] oneTypes = new SomeType[100];
如果SomeType是值類型，則只需要一次分配，大小為SomeType的100倍。而如果SomeType是引用類型，剛開始需要100次分配，分配后數(shù)組的各元素值為null，然后再初始化100個元素，結(jié)果總共需要進行101次分配。這將消耗更多的時間，造成更多的內(nèi)存碎片。所以，如果類型的職責主要是存儲數(shù)據(jù)，值類型比較合適。
一般來說，值類型（不支持多態(tài)）適合存儲供 C#應用程序操作的數(shù)據(jù)，而引用類型（支持多態(tài)）應該用于定義應用程序的行為。通常我們創(chuàng)建的引用類型總是多于值類型。如果滿足下面情況，那么我們就應該創(chuàng)建為值類型：
該類型的主要職責用于數(shù)據(jù)存儲。
該類型的共有接口完全由一些數(shù)據(jù)成員存取屬性定義。
該類型永遠不可能有子類。
該類型不具有多態(tài)行為。
答案：在C#中，變量是值還是引用僅取決于其數(shù)據(jù)類型。
C#的值類型包括：結(jié)構(gòu)體（數(shù)值類型、bool型、用戶定義的結(jié)構(gòu)體），枚舉，可空類型。
C#的引用類型包括：數(shù)組，用戶定義的類、接口、委托，object，字符串。數(shù)組的元素，不管是引用類型還是值類型，都存儲在托管堆上。
引用類型在棧中存儲一個引用，其實際的存儲位置位于托管堆。簡稱引用類型部署在托管推上。值類型總是分配在它聲明的地方：作為字段時，跟隨其所屬的變量（實例）存儲；作為局部變量時，存儲在棧上。值類型在內(nèi)存管理方面具有更好的效率，并且不支持多態(tài)，適合用做存儲數(shù)據(jù)的載體；引用類型支持多態(tài)，適合用于定義應用程序的行為。

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