值類型和引用類型,是c#比較基礎,也必須掌握的知識點,但是也不是那麼輕易就能掌握,今天跟着老胡一起來看看吧。
典型類型
首先我們看看這兩種不同的類型有哪些比較典型的代表。
典型值類型
int, long, float, double等原始類型中表示數字的類型都是值類型,表示時間的datatime也是值類型,除此之外我們還可以通過關鍵字struct自定義值類型。
典型引用類型
原始類型中,array, list, dictionary, queue, stack和string都是引用類型,除此之外我們通過關鍵字class自定義引用類型。
基類
c#中所有的類型都最終繼承自 Object ,這是沒有疑問的,但是這其中還有些微差別。
值類型基類
對于值類型來說,除了最終繼承自Object,還繼承自ValueType,繼承鍊如下
但是請不要誤解,這裡僅僅指的是值類型天然是ValueType,但是不代表值類型能夠這麼聲明
struct Struct1 : ValueType{}
這樣是會引起編譯錯誤的,值類型不能繼承任何其他類型,值類型隻能實作接口,不能繼承自其它類型。隻有引用類型既可以實作接口也能繼承自其它類型。順便說一下,還有一點比較重要的是,ValueType重寫了Object基類的 Equals 方法和 GetHashCode 方法,是以當使用Equals比較兩個值類型的時候,系統會比較兩個值類型的各個屬性是否相等,再傳回結果,這就是所謂的 相等性 。與此相對,引用類型在使用Equals的時候,會在背景調用object.ReferenceEquals,換言之,引用類型在比較相等性的時候會考慮 同一性 。
引用類型基類
對于引用類型就沒有那麼麻煩,引用類型不會繼承自ValueType。引用類型可以繼承其他類型。
在記憶體中的表現
我們都知道,C#将記憶體分為了兩部分,一個是Stack,另外一個是Managed Heap。一般來說,用于函數調用進棧,函數傳回出棧,用的是Stack,而當創造一個新的執行個體時,會根據建立的執行個體屬于值類型還是引用類型決定使用Stack還是Managed Heap。
值類型在記憶體中
當建立一個值類型對象時,c#會在Stack上面建立一塊空間,這塊空間就存放這個值類型對象。
int是一個典型的值類型,如下語句
int age = 10;
會存在于記憶體中的Stack上面。
如果把值類型的執行個體指派給另外一個值類型,那麼效果就是複制一個新的值類型執行個體。
int myAge = age;
引用類型在記憶體中
與值類型在記憶體中的表現不一樣,建立一個引用類型的執行個體,不但會在Stack上面建立一個引用,還會在Heap上面劃分出記憶體以容納該引用類型執行個體。使用者在使用的時候通過Stack上面的變量間接引用該執行個體。
class Author{public string Name{get;set;}public int Age{get;set;}}Author author = new Author(){Name="deatharthas", Age= 32};
注意看和值類型在記憶體中的差別,引用類型通過Stack上的變量通路位于Heap上面的執行個體。
在指派的時候,拷貝的僅僅是Stack上面的變量,新拷貝出來的對象和舊的對象指向的是同一塊記憶體。
Author myAuthor = author;
這個時候,author和myAuthor指向同一塊記憶體,稱為同一性,通過調用
object.ReferenceEquals(myAuthor, author);
可以得到驗證。
但可能有細心的朋友會有疑問了,不是說int是值類型,值類型是存在于Stack上面的嗎?為什麼在author類裡面,它會在Heap裡面呢?贊一個細心!值類型一般存在于Stack上面,但如果某個值類型包含于引用類型,那麼它也會随着那個引用類型存放在Heap上面。
當參數時的行為差別
c#中的參數傳遞預設都是傳值(by value),但是根據所傳遞對象是值類型還是引用類型,它們的行為還是有所差別,現在我們來看看。
值類型當參數
值類型當參數的時候,傳遞到函數内部的是一份值類型的拷貝,是以在函數内部修改這個拷貝不會影響原對象。除非我們在傳遞參數的時候使用了ref或者out。
引用類型當參數
如果參數是引用類型,傳遞到函數内部的依然是一份拷貝,但是這個拷貝是其在Stack上面的變量的拷貝,就像上面的指派那個例子。是以這個時候這份拷貝其實和原對象指向同一塊記憶體(指向同一性),修改這個對象可以反映到原對象上面。
謹慎傳回引用類型
程式設計是一項需要謹慎的工作,有時候我們經常會犯一些錯誤,而這些錯誤又是那麼的不明顯以至于不摔坑幾次,我們根本察覺不了,考慮下面一個例子。
class People { public string Name { get; set; } public int Age { get; set; } private People _Father = null; public People Father { get { return _Father; } } public People(People father) { _Father = father; } public void ShowFather() { Console.WriteLine("father's name is " + Father.Name + " and his age is " + Father.Age); } } class Program { static void Main(string[] args) { People father = new People(null) { Name = "father", Age = 60 }; People son = new People(father); son.ShowFather(); Console.ReadLine(); } }
看起來沒什麼問題,對吧?Father沒有提供setter,似乎是安全的。但是我們試試下面的代碼。
static void Main(string[] args) { People father = new People(null) { Name = "father", Age = 60 }; People son = new People(father); var f = son.Father; f.Name="Changed"; son.ShowFather(); Console.ReadLine(); }
看,發現了什麼,外部改變了本來應該被封裝所保護的Father屬性,封裝被破壞了!
稍微一想我們應該能明白這個道理,Father屬性傳回的拷貝的變量和原Father變量指向同一塊執行個體。要想解決這個問題,我們要麼傳回一個值類型,要麼傳回一個全新的對象。修改Father屬性如下:
public People Father { get { return new People(_Father._Father) { Name = _Father.Name, Age = _Father.Age }; } }
再次測試,
這次封裝就沒問題了。
總結
我們大概知道了值類型和引用類型的差別,包括它們的行為,在記憶體的居住方式,以及使用引用類型時可能會遇到的暗坑,希望大家通過閱讀這篇文章,能夠加深一些對它們的了解,少走一些彎路。