值类型和引用类型深入理解

Posted 2022-12-06 ycmail

引言

   山重水复疑无路，柳暗花明又一村，越探究越接近事物的本质。最近在学习原型模式（Prototype）时，发现原型模式本质就是对一个类原始数据的克隆，但在学习深拷贝和浅拷贝时又发现与值类型和引用类型有着千丝万缕的联系。回想好久都没有温习基础，于是就整理了值类型和引用类型的随笔，本文内容比较基础，对于想继续深入研究的同学可以查看IL更深入探究。

1.值类型(ValueType)

值类型包括：数值类型，结构体，bool型，用户定义的结构体，枚举，可空类型。

值类型的变量直接存储数据，分配在托管栈中。变量会在创建它们的方法返回时自动释放，例如在一个方法中声明Char型的变量name=’C’，当实例化它的方法结束时，name变量在栈上占用的内存就会自动释放

C#的所有值类型均隐式派生自System.ValueType。

结构体：struct（直接派生于System.ValueType）。
数值类型：整型，sbyte（System.SByte的别 名），short（System.Int16），int（System.Int32），long（System.Int64），byte（System.Byte），ushort（System.UInt16），uint（System.UInt32），ulong（System.UInt64），char（System.Char）。
浮点型：float（System.Single），double（System.Double）。
财务计算的高精度decimal型：decimal（System.Decimal）。 
bool型：bool（System.Boolean的别名）。
用户定义的结构体（派生于System.ValueType）。 
枚举：enum（派生于System.Enum）。

可空类型（派生于System.Nullable<T>泛型结构体，T?实际上是System.Nullable<T>的别名

 

2.引用类型(ReferenceType)

引用类型包括：数组，用户定义的类、接口、委托，object，字符串，null类型，类。

引用类型的变量持有的是数据的引用，数据存储在数据堆，分配在托管堆中，变量并不会在创建它们的方法结束时释放内存，它们所占用的内存会被CLR中的垃圾回收机制释放。 

数组（派生于System.Array） 
用户需定义以下类型： 
类：class（派生于System.Object）； 
接口：interface（接口不是一个“东西”，所以不存在派生于何处的问题。接口只是表示一种contract约定[contract]）。
委托：delegate（派生于System.Delegate）。 
object（System.Object的别名）； 
字符串：string（System.String的别名）。

 

3.值类型与引用类型区别：

	值类型	引用类型
存储方式	直接存储数据本身	存储的是数据的引用，数据存储在数据堆中
内存分配	分配在栈中的	分配在堆中
效率	效率高，不需要地址转换	效率较低，需要进行地址转换
内存回收	使用完后立即回收	使用完后不立即回收，而是交给GC处理回收
赋值操作	创建一个新对象	创建一个引用
类型扩展	不易扩展，所有值类型都是密封(seal)的，所以无法派生出新的值类型	具有多态的特性方便扩展
实例分配	通常是在线程栈上分配的（静态分配），但是在某些情形下可以存储在堆中	总是在进程堆中分配（动态分配）

 

值类型和引用类型树形结构：

 

注：给参数加了fef(out)后，参数是引用传递，这时候传递的是栈地址（指针，引用），否则就是正常的值传递---栈原始数据的拷贝。

 4.内存分配

值类型的实例经常会存储在栈上的。但是也有特殊情况。如果某个类的实例有个值类型的字段，那么实际上该字段会和类实例保存在同一个地方，即堆中。不过引用类型的对象总是存储在堆中。如果一个结构的字段是引用类型，那么只有引用本身是和结构实例存储在一起的（在栈或堆上，视情况而定）。

引用类型在栈中存储一个引用，其实际的存储位置位于托管堆。简称引用类型部署在托管推上。值类型总是分配在它声明的地方：作为字段时，跟随其所属的变量（实例）存储；作为局部变量时，存储在栈上。值类型在内存管理方面具有更好的效率，并且不支持多态，适合用做存储数据的载体；引用类型支持多态，适合用于定义 应用程序的行为。 

注：堆栈(stack)是一种后进先出的数据结构。在内存中，变量会被分配在堆栈上来进行操作。堆(heap)是用于为类型实例(对象)分配空间的内存区域，在堆上创建一个对象，会将对象的地址传给堆栈上的变量(反过来叫变量指向此对象，或者变量引用此对象)。

 5.装箱和拆箱

1）装箱就是将一个值类型转换成等值的引用类型

在堆上为新生成的对象(该对象包含数据，对象本身没有名称)分配内存。

将堆栈上值类型变量的值拷贝到堆上的对象中。

将堆上创建的对象的地址返回给引用类型变量(从程序员角度看，这个变量的名称就好像堆上对象的名称一样)。

2）拆箱就是将一个引用类型转换成等值的值类型

将引用类型变量堆上的值拷贝到栈上面。