【从零开始入门unity游戏开发之——C#篇04】栈（Stack）和堆（Heap），值类型和引用类型，以及特殊的引用类型string

知识回顾

C# 中的变量类型可以分为 值类型 和 引用类型 两大类。

值类型

变量类型	描述	范围
byte	无符号8位整数	0 到 255
sbyte	有符号8位整数	-128 到 127
short	有符号16位整数	-32,768 到 32,767
ushort	无符号16位整数	0 到 65,535
int	有符号32位整数	-2,147,483,648 到 2,147,483,647
uint	无符号32位整数	0 到 4,294,967,295
long	有符号64位整数	-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807
ulong	无符号64位整数	0 到 18,446,744,073,709,551,615
float	32 位单精度浮点数	±1.5 × 10^−45 到 ±3.4 × 10^38（精度约7位有效数字）
double	64 位双精度浮点数	±5.0 × 10^−324 到 ±1.7 × 10^308（精度约15–16位有效数字）
decimal	128 位高精度小数	±1.0 × 10^−28 到 ±7.9 × 10^28（精度约28–29位有效数字）
bool	8 位布尔型	true 或 false
char	16 位单一字符型	Unicode字符（0 到 65,535）

引用类型

变量类型	描述	范围
string	字符串	任意长度的字符序列（理论上最多可达到 2GB）

一、栈（Stack）和堆（Heap）

要了解值类型和引用类型的区别，我们得先得栈和堆的概率有个了解。

1、什么是栈和堆

简单理解就是，程序运行时，它的数据必须存储在内存中。栈和堆就是计算机内存中的两种不同的存储区域。

2、为什么要分栈和堆

通过分栈和堆，程序可以在性能和内存管理上做出平衡，从而让程序既高效又灵活。

3、栈和堆的区别

栈

• 栈空间比较小，但是读取速度快。
• 栈存储的是一些简单的数据
• 栈遵循先进后出原则，栈就像一个堆叠的盘子。你每次放入一个新盘子（数据），都会把它放在最上面。拿东西的时候，也都是从最上面拿，所以非常快速。
• 栈里的数据只在当前函数或方法运行时有效，一旦方法执行完毕，这些数据就会自动被销毁。
  

堆

• 堆空间比较大，但是读取速度慢。
• 堆存储的是一些较大的数据。
• 堆就像一个大大的垃圾堆，可以随意放东西。它不按照顺序来存放数据，而是根据需要分配空间，可以存储更复杂的对象
• 堆中的数据不会像栈那样自动清理。（但在 C# 中，垃圾回收会自动清理不再使用的对象）

4、总结

实际上，我们写程序并不需要关心内存是如何使用的，C#已经帮我们做好了。这里只是简单介绍这个概念，有些知识看不懂也没关系，比如垃圾回收，后面肯定还会详细介绍。现在有个印象就行。

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二、值类型和引用类型

在 C# 中，数据类型分为两大类：值类型（Value Types）和 引用类型（Reference Types）。

我们目前学了值类型和引用类型只有变量，但是其实不止

• 值类型其实还有结构体（Struct）、枚举（Enum），
• 引用类型还有类（Class）、 数组（Array）、委托（Delegate）。

这些我们后面会一一介绍，现在了解一下就行。

1、那么值类型和引用类型到底有什么区别呢？

因为只学了变量，这里就用变量举例。

值类型

• 直接存储数据，值类型的变量直接保存它们的数据。值类型直接存储在栈上。
• 值类型赋值时，会复制值本身。

比如

int a, b;
a = 100;
b = a;
Console.WriteLine("a的值:" + a);
Console.WriteLine("b的值:" + b);a = 20; // 重新给a赋值，b的值不会改变
Console.WriteLine("a的值:" + a);
Console.WriteLine("b的值:" + b);

打印结果，正如前面所说，重新给a赋值，b的值不会改变

画图说明

解释：

• 声明变量 int a, b;
  当你声明两个整数变量 a 和 b 时，编译器会在栈上为它们各自分配32位的存储空间。此时，这两个存储空间是空的，没有初始化任何值。

• 赋值 a = 100;
  当你给变量 a 赋值为 20 时，栈上的存储空间 a 会被写入值 20。这个操作不会重新分配内存，而是直接在已经分配的内存位置写入新的值。

• 赋值 b = a;
  当你执行 b = a; 时，栈上的存储空间 b 会被写入 a 的当前值。此时，a 和 b 都存储了值 20，但它们是独立的存储空间。

• 重新赋值 a = 20;
  当你再次给 a 赋值为 20 时，栈上的存储空间 a 会被更新为新的值 20。这不会重新分配内存，而是直接在已经分配的内存位置写入新的值。

引用类型

• 间接存储数据，引用类型的变量保存的是对实际数据所在位置的引用或地址（也叫指针），而不是数据本身。引用类型存储在栈上的引用（或指针）和堆上的实际数据。
• 引用类型赋值时，会复制引用，但实际的数据不会复制。

画图说明，假设a b c都是引用类型

解释：

• 声明引用类型 a 和 b;

  这时 a 和 b 都是空引用，它们在栈上分配了空间，但它们指向的堆内存地址尚未确定，二者目前都没有引用任何实际的对象。

• 给 a 赋值：

  此时，a 作为栈上的一个引用变量，指向堆上的值。b 仍然是空引用。

• b = a; b 也指向 a 的堆值：

  此时，a 和 b 都存储相同的堆内存地址，指向相同的堆对象。

• a 修改为新值：

  这时候a b的值就都变成了新值

• 重新定义 c，并给 c 赋值

  此时，c 是一个新的引用类型变量，它在栈上存储了指向堆上c值的地址，且与 a 和 b 的值互不影响。

ps:有些小伙伴可能会说了，前面不是说了string不就是引用类型吗，为什么不用string举例呢，这样不是更加直观？其实是因为string是特殊的引用类型，这个问题我接下来会说。

2、总结

特性	值类型 (Value Type)	引用类型 (Reference Type)
存储方式	存储数据的值本身	存储数据的引用（内存地址）
赋值行为	赋值时会复制数据，原始值和复制值互不影响	赋值时会复制引用，两个变量指向同一个对象
存储位置	通常存储在栈上 (stack)，但结构体和其他类型可能存储在堆上	存储在堆上 (heap)，引用存储在栈上
初始化	默认值为零或空值（如 0、false、null）	默认值为 null
内存管理	系统负责管理内存（栈上分配的内存自动释放）	由垃圾回收器 (GC) 管理内存
常见类型	基本数据类型（如 int、float 等）、结构体、枚举	类、数组、委托、字符串等

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三、特殊的引用类型string

1、为什么说string是特殊的引用类型？

学了前面引用类型的知识，我们可以拿string测试一下试试。

string str1, str2;
str1 = "名";
str2 = str1;
Console.WriteLine("str1的值:" + str1);
Console.WriteLine("str2的值:" + str2);str1 = "字";//重新赋值str1
Console.WriteLine("str1的值:" + str1);
Console.WriteLine("str2的值:" + str2);

按前面引用类型的概念，可能你想说第二次打印的结果应该是"字" "字"。

实际上真是这样吗？我先来看看执行结果

有人会说，如果是值类型,结果倒还说的过去.但是不是说string是引用类型么？如果是引用类型的话。输出的结果难道不应该是: "名""名""字" "字"么？

2、理解字符串（string）引用类型

理解字符串（string）在C#中的行为确实可能有些困惑，因为它们在某种程度上表现出值类型和引用类型的特性。让我们来详细解释一下。

• 字符串是不可变的
  字符串在C#中是不可变的，这意味着一旦你创建了一个字符串对象，就不能修改它的内容。当你尝试修改一个字符串时，实际上是创建了一个新的字符串对象。

• 字符串为什么是引用类型
  因为它们在堆上分配内存，并且在栈上存储对堆上对象的引用。因此，多个变量可以引用同一个字符串对象。

3、如何证明呢？

使用 GetHashCode 方法

虽然这并不返回内存地址，但 GetHashCode 方法会返回一个与字符串内容相关的哈希值。这个值可以作为字符串的“标识符”，有时候在调试中，它能帮助你判断是否为同一个字符串实例。

string str1 = "xxxx";
string str2 = str1;
Console.WriteLine(str1.GetHashCode());
Console.WriteLine(str2.GetHashCode());str1 = "yyyy";
Console.WriteLine(str1.GetHashCode());
Console.WriteLine(str2.GetHashCode());

结果

通过断点调试直接查看变量指针内存地址

值类型，一开始内存地址就不一样

string引用类型，开始地址一样，重新赋值后地址不一样了

4、总结

字符串不叫值类型，因为它们确实具有引用类型的基本特性：在堆上分配内存，并且在栈上存储引用。尽管字符串的不可变性使得它们在某些方面表现得像值类型，但从技术上讲，它们仍然是引用类型。

由于字符串的不可变性，即使它们是引用类型，修改一个字符串变量不会影响其他引用相同字符串的变量。这是因为当你修改字符串时，实际上是创建了一个新的字符串对象，并将变量的引用指向了这个新对象。

string虽然方便，但是有一个小缺点就是频繁的改变string重新赋值会产生内存垃圾，优化替代方案我们会在后面进行讲解

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完结

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