c#1所搭建的核心基础之值类型和引用类型

这个主题很重要，在.NET中做的一切其实都是在和一个值类型或者引用类型打交道。

现实世界中的值和引用

假定你在读一份非常棒的东西，希望一个朋友也去读他。于是你到复印室里复印了一份。这个时候他获得了属于他自己的一份完整副本。在这种情况下，我们处理的是值类型的行为。你和你朋友是各自独立的。你可以在自己的上面加一些注释，他的报纸不会改变。

再假定你在qq空间里发表了一篇日志，你想让朋友看到，这一次，你唯一需要给你朋友的是你qq空间日志所在的url地址。这就是引用类型的行为。当你修改你的日志时，你的朋友就你那个看到改变。

在c#和.net中，值类型和引用类型的差异与现实世界中差别类似。.Net中的大多数类型都是引用类型。除了一下总结的特殊情况，类（使用class来声明）是引用类型，而结构（使用struct来声明）是值类型。特殊情况包括如下方面：

• 数组类型时引用类型，即使元素类型是值类型（所以int[]仍是引用类型，即使int是值类型）
• 枚举（使用enum声明）是值类型
• 委托类型（使用delegate声明）是引用类型
• 接口类型（使用interface声明）是引用类型，但是可由值类型实现

值类型和引用类型基础知识

学习值类型和引用类型时，要掌握的重要概念是一个特殊表达式的值时什么。为使问题具体化，使用表达式最常见的例子-变量。但是，同样的道理也适用于属性、方法调用、所引器和其他表达式。

大多数表达式都有与其相关的静态类型。对于值类型的表达式，它的值就是表达式的值，例如“2+3”的值就是5。  然而，引用类型的表达式，他的值是一个引用，而不是该引用所指代的一个对象。所以string.Empty的值不是一个空字符串-而是对空字符串的一个引用。在平常的讨论中，甚至在一些专业文档中，经常混淆这一区别。例如，你可能这样描述： string.Concat的作用是返回一个字符串，该字符串将所有参数都连接到一起。

变量的值是在它声明时的位置存储的。局部变量的值总是存储在栈中。实例变量的值总是存储到实例本身存储的地方。引用实例（对象）总是存储在堆中，静态变量也是。

两种类型的另一个差异在于，值类型不可以派生出其他类型。这将导致的一个结果就是，值不需要额外的信息来描述值实际是什么类型。把他同引用类型比较，对于引用类型来说，每个对象的开头都包含一个数据块，它标识了对象的实际类型，同时还提供了其他一些信息。永远都不能改变对象的类型—执行简单强制转换时，运行时会获取一个引用，检查它引用的对象是不是目标类型的一个有效的对象，如果有效就返回原始引用，否则抛出异常。

走出误区

误区1：“结构是轻量级的类”

这个误区存在多种形式。

有人认为值类型不能或者不应该有方法或其他有意义的行为。对于这种说法，一个非常典型的反例就是DateTime类型：它作为值类型来提供是很有道理的，因为他非常适合作为数字或者字符形似的一个基本单位来使用。另外它也应该赋予对它的值执行计算的能力。换个角度看这个问题，是数据转移类型一般都是引用类型。总之，具体应该如何决定，应取决于需要的是值类型的语义还是引用类型的语义，而不是取决于这个类型简单与否。

还有一些人认为值类型之所以显得比较轻，是因为性能。事实是在某些情况下值类型很能干，它们不需要垃圾回收，不会因引用类型标识而产生开销，也不需要取值这一步操作。但是在其他方面，引用类型更能干，在传递参数、赋值、将值返回和执行类似的操作时，只需复制4或8字节，而不是复制全部数据。假定ArrayList是一个所谓“纯的”值类型，那么将一个ArrayList传递给一个方法时，就得复制它的所有数据！几乎在所有情况下，性能问题都不是根据这种判断决定的。瓶颈从来不是想当然的，在你根据性能进行设计之前，需要衡量不同的选择。

值得注意的是，将这两者结合也不能解决问题：类型（不管是类还是结构）拥有多少方法并不重要，每个实例所占用的内存不会受到影响（代码本身消耗内存，但这只会发生一次，而不是每个实例都发生）

误区二“引用类型在堆上，值类型在栈上”

这个误区主要归咎于转述这句话的人没有动脑筋。第一部分是正确的—引用类型的实例总是在堆上创建的。但第二部分就有问题了。前面讲过，变量的值是在他生明的位置存储的。

所有假定一个类中有一个int类型的实例变量，那么在这个类的任何对象中，该变量的值总是和对象中的其他数据在一起，也就是在堆上。只有局部变量（方法内部声明的变量）和方法参数在栈上。但是在c#2及更高版本，很多局部变量并不完全放在栈上。

误区三：对象在c#中是通过引用传递的

这或许是传播最广的一个误区了。同样，说这句话的人一般（并不总是）知道c#实际的行为是什么，但不知道“引用传递”的真正意义是什么。重要的一点是：假如以引用传递的方式来传送一个变量，那么调用的方法通过更改其参数值，来改变调用者的变量值。现在请记住：引用类型变量是值的引用，而不是对象本身。不需要引用来传递参数本身，就可以更改改参数引用的那个对象的内容。

例子：

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Linq; using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApplication1 {

class Program     {

public void AppendHello(StringBuilder builder)         {

builder.Append("hello");

builder = new StringBuilder("xyz");

}

static void Main(string[] args)  {

StringBuilder mybuilder = new StringBuilder("123");

new Program().AppendHello(mybuilder);

Console.Write(mybuilder);

}

}

}

运行结果是123hello，说明参数对象没有发生改变。说明参数不是引用

调用这个方法时，参数值（对某StringBuilder的一个引用）是以值传递（pass by value）的方式传递的。如果想再方法内部更改builder变量的值，如执行builder=null，语句，调用者看不到这一改变。

有趣的是，在这种错误的说法中，不仅“引用传递”的说法有误，而且“对象传递”的说法也存在问题。无论是引用传递还是值传递，对象本身永远不会被传递。涉及一个引用类型时，要么以“引用传递”方式传递变量，要么以“传值”的方式传递参数值。最起码，这回答了当null做为一个传值参数的值来使用时会发生什么的问题。假如传递的是对象，这个时候就会出问题，因为没有一个对象可供传递！相反，null引用会采用和其他引用一样的“值传递”的方式传递。

装箱和拆箱

有时候我们不想用值类型的值，就是想用一个引用。之所以会发生这种情况，有多种原因，幸好，c#和.Net提供了一个名为装箱的机制，它允许根据值类型来创建一个对象，然后使用这个对象的一个引用。在接触实际的例子之前，先来回顾两个重要的事实：

• 对于引用类型的变量，他的值永远是一个引用
• 对于值类型的变量，他的值永远是该值类型的一个值

基于这两个事实，下面3行代码第一眼看上去似乎没有太多道理：

int i=5;

object o=i;

int j=(int) o;

这里有两个变量：i是值类型的变量，o是引用类型的变量。将i的值赋给o有道理吗？o的值必须是一个引用，而数字5不是引用，它是一个整数值。实际发生的事情就是装箱：运行时将咋堆上创建一个包含值（5）的对象（它是一个普通对象）。o的值是对该新对象的一个引用。该对象的值时原始值的一个副本，改变i的值不会改变箱内的值。

第三行执行相反的操作:拆箱。必须告诉编译器将object拆箱成什么类型。如果使用了错误的类型，就会抛出一个InvalidCastException异常。同样，拆箱也会复制箱内的值，在赋值以后，j和该对象之间不再有任何联系。

上面这一段话其实已经简单明了地解释了装箱和拆箱。剩下的唯一的问题就是要知道装箱和拆箱在什么时候发生。拆箱一般是很明显的，因为要在代码中明确地显示一个强制类型转换。装箱则可能在没有意识的时候发生。上例展示的是一个简单的版本。但是，为一个类型的值调用ToString,Equals或者GetHashCode方法时，如果该类型没有覆盖这些方法，也会发生装箱。另外，将值作为接口表达式使用时—把它赋给一个接口类型的变量，或者把它作为接口类型的参数来传递也会发生装箱。例如，IComparable x=5;语句会对数字5进行装箱。

之所以要留意装箱和拆箱，是由于它们可能会降低性能。一次装箱或拆箱是微不足道的，但，假如执行千百次这样的操作，那么不仅会增大程序本身的操作开销，还会创建数量众多的对象，而这些对象会加重垃圾回收器的负担。同样，这种性能损失通常也不是大问题，但还是应该引起注意。

整理自：c# in depth