NET基础：引用类型和值类型

Posted 2020-07-15 sunyj

　　CLR支持两种类型：引用类型和值类型。虽然FCL的大多数类型都是引用类型，但程序员用的最多的还是引用类型，引用类型总是从托管堆分配，c#的new操作符返回对象内存地址-即指向对象数据的内存地址。使用引用类型必须注意性能问题。首先要认清楚以下4个方面：

1、内存必须从托管堆分配。

2、堆上分配的每个对象都有一些额外的成员，这些成员必须初始化。

3、对象中的其它字节（为字段而设）总是设为零。

4、从托管堆分配对象时，可能强制执行一次垃圾回收。

　　如果所有类型都是引用类型，应用程序的性能将会显著下降。设想每次使用Int32值时都进行一次内存分配，性能会受到多么大的影响，为了提升简单和常用的类型的性能，CLR提供了名为‘值类型’的轻量级类型，值类型的实例一般在线程栈上分配，在代表值类型实例的变量中不包含指向实例的指针。相反，变量中包含了实例本身的字段。由于变量已经包含了实例的字段。因此，值类型的使用缓解了托管堆的压力，并减少了应用程序生存期内的垃圾回收次数。

　　文档清楚指出哪些是值类型，哪些是引用类型。在文档中查看类型时，任何成为‘类’的类型都是引用类型。例如：System.Exception类，System.IO.FileStream类以及System.Random类都是引用类型。相反所有的值类型都成为结构或枚举。例如:System.Int32结构、System.Boolean结构、System.Decimal结构、System.TimeSpan结构、System.DayOfWeek枚举等等。

　　进一步研究文档，会发现所有的结构都是抽象类型System.ValueType的直接派生类。System.ValueType本身又直接从System.Object派生。根据定义，所有值类型都必须从System.ValueType派生。CLR和所有编程语言都给予枚举特殊待遇。

　　虽然不能在定义值类型时为他选择基类型，但如果愿意，值类型可以实现一个或多个接口。除此之外，所有值类型都隐式密封，目的是防止将值类型用作其他引用类型或这类型的基类。例如：无法将Boolean、Char、Int32、Uint64、Single、Double、Decimal等类型来定义任何新类型。

　　以下代码演示了引用类型和值类型的区别：

　　

//引用类型（因为是class）
class SomeRef
{
     public Int32 x;
}

//值类型（因为是struct）
struct SomeVal
{
    public Int32 x;
}

static void ValueTypeDemo()
{
     SomeRef r1=new SomeRef();                 //往堆上分配
     SomeVal v1 = new SomeVal();               //往栈上分配
     
     r1.x = 5;                                                //提领指针
     v1.x = 5;                                               //在栈上修改
     Console.WriteLine(r1.x);                         //显示为5
     Console.WriteLine(v1.x);                        //同样显示为5
     
     SomeRef r2 = r1;                                 //只复用指针（引用）
     SomeVal v2 = v1;                                //在栈上分配并复制成员
     r1.x = 8;                                             //r1.x和r2.x都会修改成新值
     v1.x=9;                                              //v1.x会修改，v2.x不会修改
    
     Console.WriteLine(r1.x);                      //显示8
     Console.WriteLine(r2.x);                      //显示8
     Console.WriteLine(v1.x);                     //显示9
     Console.WriteLine(v2.x);                     //显示5
}

　　上述代码中，SomeVal用struct声明，而不是用更常用的class。在C#中，常用struct声明的类型是值类型，用class声明的类型是引用类型。可以看出引用类型和值类型的区别相当大。再代码中使用类型时，必须注意是值类型还是引用类型，因为这会极大的影响在代码中表达自己意图的方式。

　　上述代码中有这样一行：

      

SomeVal v1 = new SomeVal();               //往栈上分配

　　因为这行代码的写法，似乎要在托管堆上分配一个SomeVal的实例。但c#编译器知道SomeVal是值类型，所以会生成正确的IL代码，在线程栈上分配一个SomeVal的实例。c#还会确保值类型中所有的字段都初始化为零。

     

SomeVal v1;   //在栈上分配空间

　　这一行生成的IL代码也会在线程栈上分配实例，并将字段初始化为零。唯一的区别在于，如果使用new操作符，C#会认为实例已经初始化，以下代码更清楚的进行了说明：

//这两行代码都能够编译通过，因为c#认为v1的字段已经初始化为0
SomeVal v1 = new SomeVal();
Int32 a= v1.x;

//这两行代码不能够编译通过，因为c#不认为v1的字段已经初始化为0
SomeVal v1;
Int32 a= v1.x;  //error cs0170: 使用了可能未赋值的字段“x”;

　　设计自己的类型时,要仔细考虑清楚是否应该定义成值类型还是引用类型。值类型有时候能提供更好的性能。具体的说，除非满足一下全部条件，否则不应该声明为值类型。

1、类型具有基元类型的行为。也就是说是十分简单的类型，没有成员会修改类型的任何实例字段。

2、类型不需要从其他任何类型继承。

3、类型也不派生出其它任何类型。