深刻理解C#的传值调用和传引用调用

传值调用和传引用调用是几乎所有主流语言都会涉及到的问题，下面我谈谈我对C#中传值调用和传引用调用的理解。

1. 一般对C#中传值调用和传引用调用的理解

如果传递的参数是基元类型（int，float等）或结构体（struct），那么就是传值调用。
如果传递的参数是类（class）那么就是传引用调用。
如果传递的参数前有ref或者out关键字，那么就是传引用调用。

验证示例的代码如下：

view sourceprint?

01 using System;

03 public class ArgsByRefOrValue

04 {

05 public static void Main(string[] args)

06 {

07 // 实验1. 传值调用--基元类型

08 int i = 10;

09 Console.WriteLine("before call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

10 ChangeByInt(i);

11 Console.WriteLine("after call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

13 Console.WriteLine("==============================================");

14 // 实验2. 传值调用--结构体

15 Person_val p_val = new Person_val();

16 p_val.name = "old val name";

17 Console.WriteLine("before call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

18 ChangeByStruct(p_val);

19 Console.WriteLine("after call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

21 Console.WriteLine("==============================================");

22 // 实验3. 传引用调用--类

23 Person_ref p_ref = new Person_ref();

24 p_ref.name = "old ref name";

25 Console.WriteLine("before call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

26 ChangeByClass(p_ref);

27 Console.WriteLine("after call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

29 Console.WriteLine("==============================================");

30 // 实验4. 传引用调用--利用ref

31 Person_ref p = new Person_ref();

32 p.name = "old ref name";

33 Console.WriteLine("before call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

34 ChangeByClassRef(ref p);

35 Console.WriteLine("after call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

37 Console.ReadKey(true);

38 }

40 static void ChangeByInt(int i)

41 {

42 i = i + 10;

43 Console.WriteLine("when calling ChangeByInt: i = " + i.ToString());

44 }

46 static void ChangeByStruct(Person_val p_val)

47 {

48 p_val.name = "new val name";

49 Console.WriteLine("when calling ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

50 }

52 static void ChangeByClass(Person_ref p_ref)

53 {

54 p_ref.name = "new ref name";

55 Console.WriteLine("when calling ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

56 }

58 static void ChangeByClassRef(ref Person_ref p)

59 {

60 p.name = "new ref name";

61 Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

62 }

63 }

65 public struct Person_val

66 {

67 public string name;

68 }

70 public class Person_ref

71 {

72 public string name;

73 }

运行结果如下：

看起来似乎上面代码中实验3和实验4是一样的，即对于类（class）来说，不管加不加ref或out，都是传引用调用。

其实，这只是表面的现象，只要稍微改一下代码，结果就不一样了。

修改上面代码，再增加两个实验。

001 using System;

002

003 public class ArgsByRefOrValue

004 {

005 public static void Main(string[] args)

006 {

007 // 实验1. 传值调用--基元类型

008 int i = 10;

009 Console.WriteLine("before call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

010 ChangeByInt(i);

011 Console.WriteLine("after call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

012

013 Console.WriteLine("==============================================");

014 // 实验2. 传值调用--结构体

015 Person_val p_val = new Person_val();

016 p_val.name = "old val name";

017 Console.WriteLine("before call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

018 ChangeByStruct(p_val);

019 Console.WriteLine("after call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

020

021 Console.WriteLine("==============================================");

022 // 实验3. 传引用调用--类

023 Person_ref p_ref = new Person_ref();

024 p_ref.name = "old ref name";

025 Console.WriteLine("before call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

026 ChangeByClass(p_ref);

027 Console.WriteLine("after call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

028

029 Console.WriteLine("==============================================");

030 // 实验4. 传引用调用--利用ref

031 Person_ref p = new Person_ref();

032 p.name = "old ref name";

033 Console.WriteLine("before call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

034 ChangeByClassRef(ref p);

035 Console.WriteLine("after call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

036

037 Console.WriteLine("==============================================");

038 // 实验5. 传引用调用--类在调用的函数重新new一个对象

039 Person_ref p_ref_new = new Person_ref();

040 p_ref_new.name = "old new ref name";

041 Console.WriteLine("before call ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);

042 ChangeByClassNew(p_ref_new);

043 Console.WriteLine("after call ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);

044

045 Console.WriteLine("==============================================");

046 // 实验6. 传引用调用--利用ref 在调用的函数重新new一个对象

047 Person_ref p_new = new Person_ref();

048 p_new.name = "old new ref name";

049 Console.WriteLine("before call ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);

050 ChangeByClassRefNew(ref p_new);

051 Console.WriteLine("after call ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);

052

053 Console.ReadKey(true);

054 }

055

056 static void ChangeByInt(int i)

057 {

058 i = i + 10;

059 Console.WriteLine("when calling ChangeByInt: i = " + i.ToString());

060 }

061

062 static void ChangeByStruct(Person_val p_val)

063 {

064 p_val.name = "new val name";

065 Console.WriteLine("when calling ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

066 }

067

068 static void ChangeByClass(Person_ref p_ref)

069 {

070 p_ref.name = "new ref name";

071 Console.WriteLine("when calling ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

072 }

073

074 static void ChangeByClassRef(ref Person_ref p)

075 {

076 p.name = "new ref name";

077 Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

078 }

079

080 static void ChangeByClassNew(Person_ref p_ref_new)

081 {

082 p_ref_new = new Person_ref();

083 p_ref_new.name = "new ref name";

084 Console.WriteLine("when calling ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);

085 }

086

087 static void ChangeByClassRefNew(ref Person_ref p_new)

088 {

089 p_new = new Person_ref();

090 p_new.name = "new ref name";

091 Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);

092 }

093 }

094

095 public struct Person_val

096 {

097 public string name;

098 }

099

100 public class Person_ref

101 {

102 public string name;

103 }

则运行结果为：

实验5的运行结果似乎说明即使参数是类（class），只要不加ref，也是传值调用。

下面就引出了我的理解。

2. 没有ref时，即使参数为引用类型（class）时，也可算是一种传值调用

参数为引用类型时，传递的是该引用类型的地址的一份拷贝，“该引用类型的地址的一份拷贝”即为传值调用的“值”。

注意这里说传递的是该引用类型的地址的一份拷贝，而不是引用类型的地址。

下面将用图的形式来说明以上实验3，实验5和实验6中内存的情况。

2.1 首先是实验3

实验3的内存图如下，实参是函数ChangeByClass外的Person_ref对象，形参是函数ChangeByClass内的Person_ref对象。

从图中我们可以看出实参new出来之后就在托管堆上分配了内存，并且在栈上保存了对象的指针。

调用函数ChangeByClass后，由于没有ref参数，所以将栈上的实参p_val拷贝了一份作为形参，注意这里p_val(实参)和p_val(形参)是指向托管堆上的同一地址。

所以说没有ref时，即使参数为引用类型（class）时，也可算是一种传值调用，这里的值就是托管堆中对象的地址（0x1000）。

调用函数ChangeByClass后，通过p_val(形参)修改了name属性的值，由于p_val(实参)和p_val(形参)是指向托管堆上的同一地址，所以函数外的p_val(实参)的name属性也被修改了。

2.2 然后是实验5

上面的实验3从执行结果来看似乎是传引用调用，因为形参的改变导致了实参的改变。

下面的实验5就可以看出，p_val(形参)和p_val(实参)并不是同一个变量，而是p_val(实参)的一个拷贝。

从图中可以看出第一步还是和实验3一样，但是在调用函数ChangeByClassNew后，就不一样了。

函数ChangeByClassNew中，对p_val(形参)重新分配了内存（new操作），使其指向了新的地址(0x1100)，如下图：

所以p_val(形参)的name属性改了时候，p_val(实参)的name属性还是没变。

2.3 最后是实验6

我觉得实验6是真正的传引用调用。不废话了，直接上第一个图。

参数中加了ref关键字之后，其实传递的不是托管堆中对象的地址(0x1000)，而是栈上p_val(实参)的地址(0x0001)。

所以这里实参和形参都是栈上的同一个东西，没有什么区别了。我觉得这才是真正的传引用调用。

然后调用了函数ChangeByClassRefNew，函数中对p_val(形参)重新分配了内存（new操作），使其指向了新的地址(0x1100)。

由于p_val(形参)就是p_val(实参)，所以p_val(形参)的name属性改变后，函数ChangeByClassRefNew外的p_val(实参)的name属性也被改变了。

而原先分配的对象（地址0x1000）其实已经没有被引用了，随时会被GC回收。

3. 结论

如果传递的参数是基元类型（int，float等）或结构体（struct），那么就是传值调用。

如果传递的参数前有ref或者out关键字，那么就是传引用调用。
如果传递的参数是类（class）并且没有ref或out关键字:
1. 如果调用的函数中对参数重新进行了地址分配(new操作)，那么执行结果类似传值调用
2. 如果调用的函数中没有对参数重新进行了地址分配，直接就是使用了传递的参数，那么执行结果类似传引用调用