C#类型基础Part1-值类型与引用类型

参考资料

• 《.NET之美–.NET关键技术深入与解析》

前言

C#中的类型一共分为两类，一类是值类型（Value Type）,一类是引用类型（Reference Type）。值类型和引用类型是以它们在计算机内存中是如何被分配来划分的。值类型包括了 结构 和 枚举，引用类型则包括了 类、接口、委托 等。还有一种特殊的值类型，称为简单类型，比如byte、int等，这些简单类型实际上是BCL基类库类型的别名。比如，声明一个int类型，实际上是声明一个 System.Int32 结构类型。因此，在 Int32 类型中定义的方法或属性，都可以在int类型上调用，比如：

123.Equals(2);

所有的值类型都隐式地继承自 System.ValueType 类型（注意 System.ValueType 本身是一个类类型）。之所以说是“隐式地”，是因为在C#代码中，是看不到这个继承关系的，这个关系只有通过MSIL代码才能看到。 System.ValueType 类型和所有的引用类型都继承自 System.Object 基类。

C#不支持多重继承，因为结构已经隐式地继承自ValueType，所以结构不支持继承

说明：
栈（stack）是一种 后进先出的数据结构，在内存中，变量会被分配在栈上来进行操作。堆（heap）是用于为==引用类型的实例（对象）==分配空间的内存区域，在堆上创建一个对象，会将对象的地址传给栈上的变量（反过来叫变量指向此对象，或者变量引用此对象）。

值类型

当声明一个值类型的变量的时候，变量本身包含了值类型的全部字段，该变量会被分配在线程堆栈（Thread Stack）上。

假如有下面这个值类型，代表了直线上的一点：

public struct ValPoint{public int x;public ValPoint(int x){this.x=x;}
}

当在程序中声明一个变量：

ValPoint vPoint1;
vPoint1.x=10;
Console.WriteLine(vPoint1.x);//输出10

上面代码中，因为变量已经包含了值类型的所有字段，所以已经可以进行操作，并且只有对变量进行操作（vPoint1.x=10），才会进行入栈。对变量进行操作，实际上是一系列入栈、出栈操作。
如果将ValPoint改为引用类型class，则会出现编译错误：使用了未赋值的局部变量“vPoint1”。除此之外，引用类型在运行时经常会抛出NullReferenceException异常。

如果不对vPoint1.x进行赋值，直接写Console.WriteLine(vPoint1.x)，则会出现编译错误：使用了可能为赋值的字段x。这是因为.NET的一个约束：所有的元素使用前都必须初始化。比如下面语句也会引发这个错误:

int i;
Console.WriteLine(i);

虽然结构类型变量本身不需要像类一样使用new操作符创建一个实例（其本身就相当于一个实例），但如果要使用它的内部成员，则要在使用前对它进行赋值。结构还有一个特性：调用结构上的方法前，需要对其所有字段进行赋值。 修改ValPoint：

public struct ValPoint{public int x;public void Blank(){}       
}

那么下面的代码将会发生编译错误：

ValPoint vPoint1;
vPoint1.Blank();//使用了未赋值的变量vPoint1
Console.WriteLine(vPoint1);//使用了未赋值的变量vPoint1

解决上述问题可以通过这样一种方式：编译器隐式地为结构类型创建无参数的构造函数。在这个构造函数中会对结构成员进行初始化，所有的值类型成员被赋予0或者相当于0的值，所有的引用类型被赋予null值。（因此，Struct类型不可以自行声明无参数的构造函数）。所以，可以通过隐式声明的构造函数去创建一个ValPoint类型变量：

ValPoint vPoint1=new ValPoint();
Console.WriteLine(vPoint1.x);//输出0

引用类型

当声明一个引用类型变量，并使用new操作符创建引用类型实例的时候，该引用类型的变量会被分配到线程栈上，变量保存了位于堆上的引用类型的实例的内存地址。变量本身不包含任何类型所定义的数据。如果仅仅声明一个变量，但不使用new操作符，由于在堆上还没有创建类型的实例，因此，变量值为null，即不指向任何对象。

如果有这样一个类，它依然代表直线上的一点：

public class RefPoint{public int x;public RefPoint(int x){this.x=x}public RefPoint(){}
}

当仅仅写下

RefPoint rPoint1;

它会在线程栈上创建一个不包含任何数据，也不指向任何对象（不包含内存地址）的变量。
而当使用new操作符时：

rPoint1=new RefPoint(1)

则会完成下面几件事：

• 在应用程序堆上创建一个引用类型对象的实例，并分配内存地址
• 自动传递该实例的引用给构造函数。（正因为如此，才可以使用this来访问这个实例）
• 调用该类型的构造函数。
• 返回该实例的引用（内存地址），赋值给人Point1变量

装箱和拆箱

简单来说，装箱就是将一个值类型转换为等价的引用类型。它的过程分为这样几步：

1. 在堆上为新生成的对象实例分配内存。该对象实例包含数据，但没有名称。
2. 将栈上值类型变量的值复制到堆上的对象中。
3. 将堆上创建的对象的地址返回给引用类型变量。

装箱实例代码如下：

int i=1;
Object boxed=i;
Console.WriteLine("Boxed Point:"+boxed);

拆箱则是将一个已装箱的引用类型转换为值类型：

int i=1;
Object boxed=i;
int j;
j=(int)boxed;
Console.WriteLine("UnBoxed Point: " + j);

需要注意的是：拆箱操作需要显示声明拆箱后转换的类型。它分为两步来完成

1. 获取已装箱的对象的地址。
2. 将值从堆上的对象中复制到堆栈上的值变量中。

可见，装箱和拆箱需要反复在堆上进行操作，因此，在程序中应该尽量避免无意义的装箱和拆箱。