C#中ref关键字的用法总结

　　ref表示引用的意思，C#中它有多种用法，这里简单总结一下：

　　1、按引用传递参数

　　具体可见：C#中的值传递与引用传递（in、out、ref）

　　2、引用局部变量

　　引用局部变量指的是在变量声明时使用ref关键字（或者使用ref readonly表示未只读），表示这个变量是另一个变量的引用，而不是值对象的赋值，或者引用类型的地址，这个引用可以理解为一个别名，操作这个别名对象与操作原始对象无异！　　

　　引用局部变量声明时必须初始化，而初始化引用局部变量需要使用ref赋值运算符（= ref）:　　

    var i =1;//定义一个整型变量
    var list = new List<int>();//定义一个引用类型变量

    //声明引用局部变量
    ref int ref_i = ref i;
    ref var ref_list = ref list;

    //使用引用局部变量等价于使用原变量，引用局部变量就是一个别名
    ref_i = 2;
    Console.WriteLine(i); //输出：2
    ref_list.Add(1);
    Console.WriteLine(list.Count);//输出：1
    ref_list = new List<int>();
    Console.WriteLine(list.Count);//输出：0

　　除此之外，我们还可以验证地址：　　

    var i = 1;
    unsafe
    {
        var j = i;
        ref var m = ref i;
        ref var n = ref i;

        //虽然将i赋值给j，但i、j是不同变量，地址不一样
        Console.WriteLine((int)&i == (int)&j);//false

        fixed (int* p1 = &m, p2 = &n)
        {
            //使用引用局部变量，m、n是i的一个别名，地址一样
            Console.WriteLine((int)&i);
            Console.WriteLine((int)p1);
            Console.WriteLine((int)p2);
        }
    }

　　3、引用返回值

　　引用返回值表示一个方法的返回值是一个引用，而不是值类型对象的副本或者引用类型的地址，而一个方法要实现引用返回值，需要满足两个条件：　　

    1、返回值不能为void，且需要使用ref关键字(或者ref readonly表示只读)修饰返回类型
    2、方法的每一个return语句需要是一个ref引用

　　例如：　　

    public ref int Method(ref int i)
    {
        return ref i;
    }
    //只读引用返回值
    public ref readonly int Invoke(ref int i)
    {
        return ref i;
    }

　　因为引用返回值将返回值以引用的形式返回，调用方可以对返回值进行读写等操作，因此在return ref时规定：　　

    1、返回值不能是null、常量等，必须是变量
    2、返回值的生命周期必须比当前方法长，也就是说返回值不能是方法内部定义的局部变量，可用的返回值可以来自静态字段、ref修饰的引用方法参数、数组参数中的成员等

　　例如：　　

    public ref int Invoke(int[] array)
    {
        return ref array[0];
    }

　　在调用时，有两种方式：　　

    int[] source = new int[] { 1, 2, 3 };

    //不使用ref关键字，那么返回值采用值传递
    var i = Invoke(source);
    i = 0;
    Console.WriteLine(string.Join(",", source));//输出:1,2,3

    //使用ref关键，得到的是引用
    ref var j = ref Invoke(source);
    j = 0;
    Console.WriteLine(string.Join(",", source));//输出:0,2,3

　　注：如果方法返回值使用ref readonly修饰，表示得到的引用是只读的

　　4、引用结构体

　　说到结构体，像int、bool等，与之形成对比的是类，两者都很多相似之处，比如都可以拥有属性、字段、方法等，但不同之处也有很多，比如在存储位置上：　　

    一般的，结构体的实例存储在栈中，引用类型存储在托管堆中
    栈：空间比较小，但是读取速度快
    堆：空间比较大，但是读取速度慢

　　其实，上面说的不完全对，比如在一个类中创建了一个int类型的字段，那么它和这个类的对象的其他数据一个保存在堆上的，换句话说，就是结构体可以保存在栈中，也可以保存在托管堆里！

　　所谓引用结构体，就是结构体的一种特殊形式，规定这种结构体只能存在于栈中，不能保存在堆中，因此对引用结构体做了一下限制：　　

    1、引用结构体不能作为数组成员，即假如T是一个引用结构体类型，你不能声明T[]这样的数组变量
    2、引用结构体不能声明为其它类或者非引用结构体的字段属性
    3、引用结构体不能实现接口
    4、引用结构体不能装箱成System.ValueType（所有值类型隐式继承的父类）或者System.Object（所有类型隐式继承的父类），也就是说你无法直接使用Equals、ToString等隐式继承于父类的方法，若要使用，需要显示的重写，且重写方法中不能使用base关键字
    5、引用结构体不能作为类型参数，也就是说List<>等中的类型参数不能是引用结构体
    6、引用结构体的变量不能在Lambda表达和本地方法中使用
    7、引用结构体的变量不能在使用async修饰的方法中使用，但是可以在那些没有使用async关键字且返回Task或者Task<T>类型的同步方法中使用
    8、引用结构体不能在迭代器中使用，也就是说yield return的对象不能是引用结构体

　　其实，仔细想想，上面的8点不就是在限制引用结构体保存在托管堆中去么？

　　创建引用结构体只需要在struct关键字前使用ref关键字就可以了，而且结构体内部也可以拥有属性、字段、方法等等，例如：　　

    public ref struct CustomRef
    {
        //构造函数
        public CustomRef(int count)
        {
            (Count, IsValid) = (count, count > 0);
            var span = new Span<int>(new int[0]);
            Inputs = span;
            Outputs = span;
        }

        public bool IsValid;
        public Span<int> Inputs;//其他引用结构体字段
        public int Count { get; set; }
        public Span<int> Outputs { get; set; }//其他引用结构体属性

        public void Write()
        {
            //代码
        }
    }

　　注：如果使用ref的同时还使用了readonly关键字修饰结构体，那么readonly关键字需要写在ref前面，避免和ref readonly声明的引用局部变量冲突，如：

    public readonly ref struct CustomRef
    {
        //其他成员
    }

　　因为引用结构体的数据保存在栈中，因此它的读写速度非常快，另一方面，栈中的数据销毁很快，而不是像托管堆一样，交给GC去回收，因此目前.net 的基础库中很多地方都已改为使用引用结构体来实现，值得一提的是，.net 内部已经给我提供了两个泛型的引用结构体：System.Span<T> 和 System.ReadOnlySpan<T>，这就感觉跟委托一样，提供了Action<>和Func<>，多数时候不需要我们自己去定义，此外，与这两个引用结构体对应的结构体是：Memory<T> 和 ReadOnlyMemory<T>，用法相似，只是一个是引用结构体，一个是普通的结构体罢了。

　　

　　结语　　

　　熟练使用ref，可以让我提高代码性能，而且，还让我们可以将C#玩出新高度，比如下面的代码：　　

    static void Main(string[] args)
    {
        var str1 = "hello";
        var str2 = "hello";
        ref var c = ref MemoryMarshal.GetReference<char>(str1);
        c = 'H';
        Console.WriteLine(str1);//输出：Hello
        Console.WriteLine(str2);//输出：Hello
    }

　　虽然不知道看到这段代码的你能否理解其中的原理，但是从此，如果还有人跟你说string类型是不可变的，你不妨拿这段代码给他瞧瞧。

　　参考文档：

　　https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/ref