[CLR via C#]5.2 引用类型和值类型

原文:[CLR via C#]5.2 引用类型和值类型

　　CLR支持两种类型：引用类型和值类型。

　　虽然FCL中大多数都是引用类型，但开发人员用的最多的还是值类型。引用类型总是在托管堆上分配的，C#的new操作符会返回对象的内存地址——也就是指向对象数据的内存地址。

　　使用引用类型必须注意到一些性能问题，首先考虑一下事实：

　　1）内存必须从托管堆上分配。

　　2）对上分配的每个对象都有一些额外的成员(比如前面提到过得"类型对象指针"和"同步块索引")，这些成员必须初始化。

　　3）对象中的其他字节(为字段而设)总是设为零。

　　4）从托管堆上分配一个对象时，可能强制执行一次垃圾回收操作。

　　如果所有类型都是引用类型，应用程序的性能会显著下降。为了提升简单的、常用的类型的性能，CLR提供了名为"值类型"的轻量型类型。

　　值类型的实例一般在线程栈上分配的(虽然也可作为字段嵌入一个引用类型的对象中)。在代表值类型的实例的一个变量中，并不包含一个指向实例的指针。相反，变量中包含了实例本身的字段。

　　由于变量已经包含了实例的字段，所以为了操作实例中的字段，不再需要提供一个指针。值类型的实例不受垃圾回收器的控制。因此，值类型的使用缓解了托管堆中的压力，并减少了一个应用程序在其生存期内需要进行的垃圾回收次数。

　　.NET Framework SDK文档明确指出，在查看一个类型时，任何称为"类"的类型都是引用类型。如System.Exception类、System.Random类等引用类型。文档将所有值类型都成为结构或枚举。如System.Int32结构、System.Boolean结构等值类型。

　　所有值类型都必须从System.ValueType派生。所有枚举类型都从System.Enum抽象类派生，而System.Enum又是从System.ValueType派生的。CLR和所有编程语言都给予枚举特殊待遇，以后会提到。

　　所有值类型都是隐式密封的(sealed)，目的是防止将一个值类型用于其他任何引用类型或值类型的基类型。

　　在托管代码中，要由定义类型的开发人员决定在什么地方分配类型的实例，使用该类型的人对此并无控制权。

　　以下演示引用类型和值类型的区别：

//引用类型
class SomeRef
{
    public Int32 x;
}
//值类型
struct SomeVal
{
    public Int32 x;
} 

static void Main(string[] args)
{
    SomeRef r1 = new SomeRef();     //在堆上分配
    SomeVal v1 = new SomeVal();     //在栈上分配
    r1.x = ;
    v1.x = ;
    Console.WriteLine(r1.x);                //5
    Console.WriteLine(v1.x);                //5 

    SomeRef r2 = r1;
    SomeVal v2 = v1;
    r1.x = ;
    v1.x = ;
    Console.WriteLine(r1.x);                //8
    Console.WriteLine(r2.x);                //8
    Console.WriteLine(v1.x);                //9
    Console.WriteLine(v2.x);                //5
} 

　　除非以下条件都能满足，否则不应该将一个类型声明成值类型：

　　1）类型具有基元类型的行为。

　　2）类型不需要从其他任何类型继承

　　3）类型也不会派生出其他类型。    

　　类型实例的大小应该在考虑之列，因为默认情况下，实参是以传值方式传递的，这会造成对值类型实例中的字段进行复制，从而影响性性能。同样的，被定义为返回一个值类型的一个方法在返回时，实例中的字段会赋值到调用者分配的内存中，从而影响性能。

　　所以，选用值类型还应满足：

　　1）类型的实例较小(约16字节或者更小)

　　2）类型的实例较大(大于16字节)，但不作为方法的实参传递，也不从方法返回。

　　值类型的主要优势在于它们不作为对象在托管堆上分配。

　　值类型和引用类型的区别：

　　1）值类型对象有两种表示形式：未装箱(unboxed)和已装箱(boxed)。引用类型总是处于已装箱形式。

　　2）值类型是从System.ValueType派生的。该类型提供了与System.Object定义的相同的方法。然而，System.ValueType重写了Equals方法和GetHashCode方法。由于这个默认实现存在性能问题，所以定义自己的值类型时，应该重写Equals和GetHashCode方法，并提供它们的显示实现。

　　3）值类型的所有方法都不能是抽象的，而且所有方法都是隐式密封(sealed)方法。

　　4）引用类型的变量包含的是堆上的一个对象的地址。默认情况，在创建一个引用类型的变量时，它被初始化为null，表明引用类型的变量当前不指向一个有效对象。相反，值类型初始化是，所有的成员都会初始化为0。由于值类型的变量不是指针，所以在访问一个值类型时，不会抛出NullReferenceException异常。CLR确实提供了一个特殊的特性，能为值类型 添加"可空"标识。如"int?"

　　5)  将一个值类型的变量赋给另一个值类型变量，会执行一次逐字段复制。将引用类型赋给另一个引用类型时，只复制内存地址。

　　6）由于为装箱的值类型不再堆上分配，所以一旦定义了该类型的一个实例的方法不再处于活动状态，为他们分配的内存就会被释放。这意味着值类型的实例在其内存被回收时，不会通过Finalize方法接收到一个通知。