C#指南，重温基础，展望远方！（3）类型和变量

C# 有两种类型：值类型和引用类型。 值类型的变量直接包含数据，而引用类型的变量则存储对数据（称为“对象”）的引用。对于引用类型，两个变量可以引用同一对象；因此，对一个变量执行的运算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；因此，对一个变量执行的运算不会影响另一个变量（ref 和 out 参数变量除外）。

C# 值类型又细分为简单类型、枚举类型、结构类型和可以为 null 的值类型。 C# 引用类型又细分为类类型、接口类型、数组类型和委托类型。

下面概述了 C# 的类型系统。

• 值类型
  • 简单类型
    • 有符号的整型：sbyte、short、int、long
    • 无符号的整型：byte、ushort、uint、ulong
    • Unicode 字符：char
    • IEEE 浮点：float、double
    • 高精度小数：decimal
    • 布尔：bool
  • 枚举类型
    • 格式为 enum E {...} 的用户定义类型
  • 结构类型
    • 格式为 struct S {...} 的用户定义类型
  • 可以为 null 的值类型
    • 值为 null 的其他所有值类型的扩展
• 引用类型
  • 类类型
    • 其他所有类型的最终基类：object
    • Unicode 字符串：string
    • 格式为 class C {...} 的用户定义类型
  • 接口类型
    • 格式为 interface I {...} 的用户定义类型
  • 数组类型
    • 一维和多维，例如 int[] 和 int[,]
  • 委托类型
    • 格式为 delegate int D(...) 的用户定义类型

八个整型类型支持带符号或不带符号格式的 8 位、16 位、32 位和 64 位值。

两个浮点类型（float 和 double）分别使用 32 位单精度和 64 位双精度 IEC-60559 格式表示。

decimal 类型是适用于财务和货币计算的 128 位数据类型。

C# 的 bool 类型用于表示布尔值（true 或 false）。

C# 使用 Unicode 编码处理字符和字符串。 char 类型表示 UTF-16 代码单元，string 类型表示一系列 UTF-16 代码单元。

下面总结了 C# 的数值类型。

• 有符号的整型
  • sbyte：8 位，介于 -128 到 127 之间
  • short：16 位，介于 -32,768 到 32,767 之间
  • int：32 位，介于 -2,147,483,648 到 2,147,483,647 之间
  • long：64 位，介于 -9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807 之间
• 无符号的整型
  • byte：8 位，介于 0 到 255 之间
  • ushort：16 位，介于 0 到 65,535 之间
  • uint：32 位，介于 0 到 4,294,967,295 之间
  • ulong：64 位，介于 0 到 18,446,744,073,709,551,615 之间
• 浮点
  • float：32 位，介于 1.5 × 10-45 到 3.4 × 1038 之间，7 位精度
  • double：64 位，介于 5.0 × 10-324 到 1.7 × 10308 之间，15 位精度
• Decimal
  • decimal：128 位，至少介于 -7.9 × 10-28 到 7.9 × 1028 之间，至少为 28 位精度

C# 程序使用类型声明创建新类型。 类型声明指定新类型的名称和成员。 用户可定义以下五种 C# 类型：类类型、结构类型、接口类型、枚举类型和委托类型。

class 类型定义包含数据成员（字段）和函数成员（方法、属性及其他）的数据结构。 类类型支持单一继承和多形性，即派生类可以扩展和专门针对基类的机制。

struct 类型定义包含数据成员和函数成员的结构，这一点与类类型相似。 不过，与类不同的是，结构是值类型，通常不需要进行堆分配。 结构类型不支持用户指定的继承，并且所有结构类型均隐式继承自类型 object。

interface 类型将协定定义为一组已命名的公共函数成员。 实现 interface 的 class 或 struct 必须提供接口函数成员的实现代码。 interface 可以继承自多个基接口，class 和 struct 可以实现多个接口。

delegate 类型表示引用包含特定参数列表和返回类型的方法。 通过委托，可以将方法视为可分配给变量并可作为参数传递的实体。 委托类同于函数式语言提供的函数类型。 委托也类似于其他一些语言中的函数指针概念，但与函数指针不同的是，委托不仅面向对象，还类型安全。

class、struct、interface 和 delegate 类型全部都支持泛型，因此可以使用其他类型对它们进行参数化。

enum 类型是一种包含已命名常量的独特类型。 每个 enum 类型都有一个基础类型（必须是八种整型类型之一）。 enum 类型的值集与基础类型的值集相同。

C# 支持任意类型的一维和多维数组。 与上述类型不同，数组类型无需先声明即可使用。 相反，数组类型是通过在类型名称后面添加方括号构造而成。 例如，int[] 是 int 类型的一维数组，int[,] 是 int 类型的二维数组，int[][] 是由 int 类型的一维数组构成的一维数组。

可以为 null 的值类型也无需先声明即可使用。 对于所有不可以为 null 的值类型 T，都有对应的可以为 null 的值类型 T?，后者可以包含附加值 null。 例如，int? 是可以包含任何 32 位整数或值 null 的类型。

C# 采用统一的类型系统，因此任意类型的值都可视为 object。 每种 C# 类型都直接或间接地派生自 object 类类型，而 object 是所有类型的最终基类。 只需将值视为类型 object，即可将引用类型的值视为对象。 通过执行装箱和取消装箱操作，可以将值类型的值视为对象。 在以下示例中，int 值被转换成 object，然后又恢复成 int。

C#复制

using System;
class BoxingExample
{
    static void Main()
    {
        int i = 123;
        object o = i;    // Boxing
        int j = (int)o;  // Unboxing
    }
}

当值类型的值转换成 object 类型时，将分配 object 实例（亦称为“箱”）来包含值，然后该值会复制到相应的箱中。 相反，当 object 引用被显式转换成值类型时，将检查引用的 object 是否是具有正确值类型的箱；如果检查成功，则会将箱中的值复制出来。

C# 的统一类型系统实际上意味着可以“按需”将值类型转换成对象。 鉴于这种统一性，使用类型 object 的常规用途库可以与引用类型和值类型结合使用。

C# 有多种变量，其中包括字段、数组元素、局部变量和参数。 变量表示存储位置，每个变量都具有一种类型，用于确定可以在变量中存储哪些值，如下文所述。

• 不可以为 null 的值类型
  • 具有精确类型的值
• 可以为 null 的值类型
  • null 值或具有精确类型的值
• object
  • null 引用、对任意引用类型的对象的引用，或对任意值类型的装箱值的引用
• 类类型
  • null 引用、对类类型实例的引用，或对派生自类类型的类实例的引用
• 接口类型
  • null 引用、对实现接口类型的类类型实例的引用，或对实现接口类型的值类型的装箱值的引用
• 数组类型
  • null 引用、对数组类型实例的引用，或对兼容的数组类型实例的引用
• 委托类型
  • null 引用或对兼容的委托类型实例的引用