重温C#中的值类型和引用类型

在C#中，数据类型分为值类型和引用类型两种。引用类型变量存储的是数据的引用，数据存储在数据堆中，而值类型变量直接存储数据。对于引用类型，两个变量可以引用同一个对象。因此，对一个变量的操作可能会影响另一个变量引用的对象。对于值类型，每个变量都有自己的数据副本，并且对一个变量的操作不可能影响另一个变量。

值类型（Value Type）

所有的值类型都继承自ValueType类，它通过重载Object的虚方法来更好地适应值类型。

虽然ValueType是值类型的隐式基类，但不能直接创建继承自ValueType的类。

值类型包含以下两种：

结构类型(Structure Type)，用于封装数据和相关的功能，包括自定义结构体和内置结构体(如：整型、浮点类型、布尔型、字符型和值元组)
枚举类型(Enum Type)，由一组命名常量定义，表示一个选项或选项组合。

结构类型直接继承自System.ValueType, 而枚举类型则是继承自System.Enum。

值类型是可以为空的，用System.Nullable<T> (或T?)泛型类型来表示，如：int?、bool?。因此，System.Nullable<T>本身也是一种值类型。

public struct Nullable<T> where T : struct

可以使用Struct约束来指定一个类型参数是不可空的值类型（结构类型是枚举类型都满足约束）。

值类型不能被继承，因为所有值类型最终会编译成终结类(sealed)，但结构体可以实现接口。

下面是一个自定义的结构体：

public struct Location

{

    public double X;

    public double Y;

    public Location(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);

}

分别实例化具有相同数据的值对象a和b，进行相等判断，结果如下。由此可见：值类型相等比较的是数据本身。

var a = new Location(1,2);

var b = new Location(1,2);

var c = new Location(1,3);

Console.WriteLine(a.Equals(b)); // true

Console.WriteLine(b.Equals(c)); // false

引用类型（Reference Type）

最常见的引用类型就是类(class), 还包括字符串、数组、委托、接口、记录等。所有引用类型都继承自Object。

字符串(string)：一种特殊的引用类型，它不能被继承，具有不可变性，但用法上更像是值类型。

string a = "123";

string b = a;

a = "456";

Console.WriteLine(a);  // "456"

Console.WriteLine(b);  // "123"

记录(record): C#9.0中引入，它不是一个新的语法，而是语法糖。用来定义一个引用类型，该类型提供内置封装数据功能。

public record Person(string FirstName, string LastName);

下面是一个自定义的类：

public class Location

{

    public double X;

    public double Y;

    public Location(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);

}

同样分别实例化具有相同数据的引用对象a和b，进行相等判断，结果如下。由此可见：引用类型相等比较的是引用地址，而不是数据本身。

var a = new Location(1,2);

var b = new Location(1,2);

var c = b;

Console.WriteLine(a == b); // false

Console.WriteLine(a.Equals(b)); // false

Console.WriteLine(b == c); // true

值类型和引用类型比较

1. 值类型在结构中是堆栈分配或内联分配的，引用类型是堆分配的。

2. 值类型变量赋值复制的是对象本身，而引用类型变量赋值复制的是对象的引用。

3. 值类型和引用类型最终都是继承Object。

4. 值类型中的结构体和引用类型都可以实现接口。

5. 值类型不能被继承，因为所有值类型都是sealed，而引用类型可以派生新的类型(string除外)。

6. 值类型在内存管理方面具有更好的效率，并且不支持多态，适合用做存储数据的载体。引用类型支持多态，适合用于定义应用程序的行为。

参考资料：

Value types - C# reference | Microsoft Learn

Reference types - C# Reference | Microsoft Learn