c# 引用類型與值類型的區別詳解

2020-01-24 03:16:10

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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（用關鍵字int、char、float等來聲明），結構（用struct關鍵字聲明的類型），枚舉（用enum關鍵字聲明的類型）；而引用類型包括類（用class關鍵字聲明的類型）和委托（用delegate關鍵字聲明的特殊類）。
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（動態分配）。
（1）在C#中，變量是值還是引用僅取決于其基本數據類型。
C#的基本數據類型都與平臺無關。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）定義可以在中間語言（IL）中使用的預定義數據類型。C#中所有的數據類型都是對象。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）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。
每種值類型均有一個隱式的默認構造函數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，將調用特定類型的默認構造函數并對變量賦予默認值。在上例中，默認構造函數將值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；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）內存分配。
值類型的實例經常會存儲在棧上的。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。如果一個結構的字段是引用類型，那么只有引用本身是和結構實例存儲在一起的（在?；蚨焉希暻闆r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，這是一個結構體實例，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?？紤]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，分配后數組的各元素值為null，然后再初始化100個元素，結果總共需要進行101次分配。這將消耗更多的時間，造成更多的內存碎片。所以，如果類型的職責主要是存儲數據，值類型比較合適。
一般來說，值類型（不支持多態）適合存儲供 C#應用程序操作的數據，而引用類型（支持多態）應該用于定義應用程序的行為。通常我們創建的引用類型總是多于值類型。如果滿足下面情況，那么我們就應該創建為值類型：
該類型的主要職責用于數據存儲。
該類型的共有接口完全由一些數據成員存取屬性定義。
該類型永遠不可能有子類。
該類型不具有多態行為。
答案：在C#中，變量是值還是引用僅取決于其數據類型。
C#的值類型包括：結構體（數值類型、bool型、用戶定義的結構體），枚舉，可空類型。
C#的引用類型包括：數組，用戶定義的類、接口、委托，object，字符串。數組的元素，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。值類型在內存管理方面具有更好的效率，并且不支持多態，適合用做存儲數據的載體；引用類型支持多態，適合用于定義應用程序的行為。

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