?發(fā)布日期：2007.5.28 作者：Anytao

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接上回[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內(nèi)存有理]的探討，繼續(xù)我們關(guān)注值類型和引用類型的話題。

本文將介紹以下內(nèi)容：

• 類型的基本概念?
• 值類型深入
• 引用類型深入
• 值類型與引用類型的比較及應(yīng)用

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1.?引言

上回[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內(nèi)存有理]的發(fā)布，受到大家的不少關(guān)注，我們從內(nèi)存的角度了解了值類型和引用類型的所以然，留下的任務(wù)當(dāng)然是如何應(yīng)用類型的不同特點(diǎn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化等方面發(fā)揮其作用。因此，本回是對(duì)上回有力的補(bǔ)充，同時(shí)應(yīng)朋友的希望，我們盡力從內(nèi)存調(diào)試的角度來著眼一些設(shè)計(jì)的分析，這樣就有助于對(duì)這一主題進(jìn)行透徹和全面的理解，當(dāng)然這也是下一回的重點(diǎn)。

從內(nèi)存角度來討論值類型和引用類型是有理有據(jù)的，??而從規(guī)則的角度來了解值類型和引用類型是無邊無際的。本文旨在從上文呼應(yīng)的角度，來把這個(gè)主題徹底的融會(huì)貫通，無邊無跡的應(yīng)用，還是來自反復(fù)無常的實(shí)踐，因此對(duì)應(yīng)用我只能說以一個(gè)角度來闡釋觀點(diǎn)，但是肯定不可能力求全局。因此，我們從以下幾個(gè)角度來完成對(duì)值類型與引用類型應(yīng)用領(lǐng)域的討論。?

2. 通用規(guī)則與比較

通用有規(guī)則：

• string類型是個(gè)特殊的引用類型，它繼承自System.Object肯定是個(gè)引用類型，但是在應(yīng)用表現(xiàn)上又凸現(xiàn)出值類型的特點(diǎn)，那么究竟是什么原因呢？例如有如下的一段執(zhí)行：

?

?簡單的說是由于string的immutable特性，因此每次對(duì)string的改變都會(huì)在托管堆中產(chǎn)生一個(gè)新的string變量，上述string作為參數(shù)傳遞時(shí)，實(shí)際上執(zhí)行了s=s操作，在托管堆中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的空間，并執(zhí)行數(shù)據(jù)拷貝，所以才有了類似于按值傳遞的結(jié)果。但是根據(jù)我們的內(nèi)存分析可知，string在本質(zhì)上還是一個(gè)引用類型，在參數(shù)傳遞時(shí)發(fā)生的還是按址傳遞，不過由于其特殊的恒定特性，在函數(shù)內(nèi)部新建了一個(gè)string對(duì)象并完成初始化，但是函數(shù)外部取不到這個(gè)變化的結(jié)果，因此對(duì)外表現(xiàn)的特性就類似于按值傳遞。至于string類型的特殊性解釋，我推薦Artech的大作《深入理解string和如何高效地使用string》。

另外，string類型重載了==操作符，在類型比較是比較的是實(shí)際的字符串，而不是引用地址，因此有以下的執(zhí)行結(jié)果：

????????????string?aString?=?"123";
????????????string?bString?=?"123";
????????????Console.WriteLine((aString?==?bString));?//顯示為true，等價(jià)于aString.Equals(bString)；
????????????string?cString?=?bString;
????????????cString?=?"456";
????????????Console.WriteLine((bString?==?cString));?//顯示為false，等價(jià)于bString.Equals(cString)；

• 通常可以使用Type.IsValueType來判斷一個(gè)變量的類型是否為值類型，典型的操作為：?

????public?struct?MyStructTester
????{?}

????public?class?isValueType_Test
????{
????????public?static?void?Main()
????????{
????????????MyStructTester?aStruct?=?new?MyStructTester();
????????????Type?type?=?aStruct.GetType();
????????????if?(type.IsValueType)
????????????{
????????????????Console.WriteLine("{0}?belongs?to?value?type.",?aStruct.ToString());
????????????}
?
????????}
????}

• .NET中以操作符ref和out來標(biāo)識(shí)值類型按引用類型方式傳遞，其中區(qū)別是：ref在參數(shù)傳遞之前必須初始化；而out則在傳遞前不必初始化，且在傳遞時(shí)必須顯式賦值。
• 值類型與引用類型之間的轉(zhuǎn)換過程稱為裝箱與拆箱，這值得我們以專門的篇幅來討論，因此留待后文詳細(xì)討論這一主題。
• sizeof()運(yùn)算符用于獲取值類型的大小，但是不適用于引用類型。
• 值類型使用new操作符完成初始化，例如：MyStruct aTest = new MyStruct(); 而單純的定義沒有完成初始化動(dòng)作，此時(shí)對(duì)成員的引用將不能通過編譯，例如：?

MyStruct?aTest;
Console.WriteLine(aTest.X);?

• 引用類型在性能上欠于值類型主要是因?yàn)橐韵聨讉€(gè)方面：引用類型變量要分配于托管堆上；內(nèi)存釋放則由GC完成，造成一定的CG堆壓力；同時(shí)必須完成對(duì)其附加成員的內(nèi)存分配過程；以及對(duì)象訪問問題。因此，.NET系統(tǒng)不能由純粹的引用類型來統(tǒng)治，性能和空間更加優(yōu)越和易于管理的值類型有其一席之地，這樣我們就不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)簡單的byte類型而進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)存分配和釋放工作。Richter就稱值類型為“輕量級(jí)”類型，簡直恰如其分，處理數(shù)據(jù)較小的情況時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮值類型。
• 值類型都繼承自System.ValueType，而System.ValueType又繼承自System.Object，其主要區(qū)別是ValueType重寫了Equals方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)值類型按照實(shí)例值比較而不是引用地址來比較，具體為：

char?a?=?'c';
char?b?=?'c';
Console.WriteLine((a.Equals(b)));?//會(huì)返回true;?

• 基元類型，是指編譯器直接支持的類型，其概念其實(shí)是針對(duì)具體編程語言而言的，例如C#或者VB.NET，通常對(duì)應(yīng)用.NET Framework定義的內(nèi)置值類型。這是概念上的界限，不可混淆。例如：int對(duì)應(yīng)于System.Int32，float對(duì)應(yīng)于System.Single。

比較出真知：

• 值類型繼承自ValueType（注意：而System.ValueType又繼承自System.Object）；而引用類型繼承自System.Object。
• 值類型變量包含其實(shí)例數(shù)據(jù)，每個(gè)變量保存了其本身的數(shù)據(jù)拷貝（副本），因此在默認(rèn)情況下，值類型的參數(shù)傳遞不會(huì)影響參數(shù)本身；而引用類型變量保存了其數(shù)據(jù)的引用地址，因此以引用方式進(jìn)行參數(shù)傳遞時(shí)會(huì)影響到參數(shù)本身，因?yàn)閮蓚€(gè)變量會(huì)引用了內(nèi)存中的同一塊地址。
• 值類型有兩種表示：裝箱與拆箱；引用類型只有裝箱一種形式。我會(huì)在下節(jié)以專門的篇幅來深入討論這個(gè)話題。
• 典型的值類型為：struct，enum以及大量的內(nèi)置值類型；而能稱為類的都可以說是引用類型。 struct和class主要的區(qū)別可以參見我的拙作《第四回：后來居上：class和struct》來詳細(xì)了解，也是對(duì)值類型和引用類型在應(yīng)用方面的有力補(bǔ)充。
• 值類型的內(nèi)存不由GC（垃圾回收，Gabage Collection）控制，作用域結(jié)束時(shí)，值類型會(huì)自行釋放，減少了托管堆的壓力，因此具有性能上的優(yōu)勢(shì)。例如，通常struct比class更高效；而引用類型的內(nèi)存回收，由GC來完成，微軟甚至建議用戶最好不要自行釋放內(nèi)存。
• 值類型是密封的（sealed），因此值類型不能作為其他任何類型的基類，但是可以單繼承或者多繼承接口；而引用類型一般都有繼承性。?
• 值類型不具有多態(tài)性；而引用類型有多態(tài)性。
• 值類型變量不可為null值，值類型都會(huì)自行初始化為0值；而引用類型變量默認(rèn)情況下，創(chuàng)建為null值，表示沒有指向任何托管堆的引用地址。對(duì)值為null的引用類型的任何操作，都會(huì)拋出NullReferenceException異常。
• 值類型有兩種狀態(tài)：裝箱和未裝箱，運(yùn)行庫提供了所有值類型的已裝箱形式；而引用類型通常只有一種形式：裝箱。

3. 對(duì)癥下藥－應(yīng)用場合與注意事項(xiàng)

現(xiàn)在，在內(nèi)存機(jī)制了解和通用規(guī)則熟悉的基礎(chǔ)上，我們就可以很好的總結(jié)出值類型和引用類型在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如何作出選擇？當(dāng)然我們的重點(diǎn)是告訴你，如何去選擇使用值類型，因?yàn)橐妙愋筒攀?NET的主體，不必花太多的關(guān)照就可以贏得市場。

3.1 值類型的應(yīng)用場合

• MSDN中建議以類型的大小作為選擇值類型或者引用類型的決定性因素。數(shù)據(jù)較小的場合，最好考慮以值類型來實(shí)現(xiàn)可以改善系統(tǒng)性能；
• 結(jié)構(gòu)簡單，不必多態(tài)的情況下，值類型是較好的選擇；
• 類型的性質(zhì)不表現(xiàn)出行為時(shí)，不必以類來實(shí)現(xiàn)，那么用以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為主要目的的情況下，值類型是優(yōu)先的選擇；
• 參數(shù)傳遞時(shí)，值類型默認(rèn)情況下傳遞的是實(shí)例數(shù)據(jù)，而不是內(nèi)存地址，因此數(shù)據(jù)傳遞情況下的選擇，取決于函數(shù)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)邏輯。值類型可以有高效的內(nèi)存支持，并且在不暴露內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下返回實(shí)例數(shù)據(jù)的副本，從安全性上可以考慮值類型，但是過多的值傳遞也會(huì)損傷性能的優(yōu)化，應(yīng)適當(dāng)選擇；
• 值類型沒有繼承性，如果類型的選擇沒有子類繼承的必要，優(yōu)先考慮值類型；
• 在可能會(huì)引起裝箱與拆箱操作的集合或者隊(duì)列中，值類型不是很好的選擇，因?yàn)闀?huì)引起對(duì)值類型的裝箱操作，導(dǎo)致額外內(nèi)存的分配，例如在Hashtable。關(guān)于這點(diǎn)我將在后續(xù)的主題中重點(diǎn)討論。?

3.2 引用類型的應(yīng)用場合

• 可以簡單的說，引用類型是.NET世界的全值殺手，我們可以說.NET世界就是由類構(gòu)成的，類是面向?qū)ο蟮幕靖拍?#xff0c;也是程序框架的基本要素，因此靈活的數(shù)據(jù)封裝特性使得引用類型成為主流；
• 引用類型適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有繼承、有多態(tài)，突出行為的場合；
• 參數(shù)傳遞情況也是考慮的必要因素；????

4. 再論類型判等

類型的比較通常有Equals()、ReferenceEquals()和==/!=三種常見的方法，其中核心的方法是Equals。我們知道Equals是System.Object提供的虛方法，用于比較兩個(gè)對(duì)象是否指向相同的引用地址，.NET Framework的很多類型都實(shí)現(xiàn)了對(duì)Equals方法的重寫，例如值類型的“始祖”System.ValueType就重載了Equal方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)例數(shù)據(jù)的判等。因此，類型的判等也要從重寫或者重載Equals等不同的情況具體分析，對(duì)值類型和引用類型判等，這三個(gè)方法各有區(qū)別，應(yīng)多加注意。

4.1 值類型判等

• Equals，System.ValueType重載了System.Object的Equals方法，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)例數(shù)據(jù)的判等。
• ReferenceEquals，對(duì)值類型應(yīng)用ReferenceEquals將永遠(yuǎn)返回false。
• ==，未重載的==的值類型，將比較兩個(gè)值是否“按位”相等。

4.2 引用類型判等?

• Equals，主要有兩種方法，如下??

public?virtual?bool?Equals(object?obj);
public?static?bool?Equals(object?objA,?object?objB);

?一種是虛方法，默認(rèn)為引用地址比較；而靜態(tài)方法，如果objA是與objB相同的實(shí)例，或者如果兩者均為空引用，或者如果objA.Equals(objB)返回true，則為true；否則為false。.NET的大部分類都重寫了Equals方法，因此判等的返回值要根據(jù)具體的重寫情況決定。?

• ReferenceEquals，靜態(tài)方法，只能用于引用類型，用于比較兩個(gè)實(shí)例對(duì)象是否指向同一引用地址。
• ==，默認(rèn)為引用地址比較，通常進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了==的重載，未重載==的引用類型將比較兩個(gè)對(duì)象是否引用地址，等同于引用類型的Equals方法。因此，很多的.NET類實(shí)現(xiàn)了對(duì)==操作符的重載，例如System.String的==操作符就是比較兩個(gè)字符串是否相同。而==和equals方法的主要區(qū)別，在于多態(tài)表現(xiàn)上，==是被重載，而Equals是重寫。

有必要在自定義的類型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)Equals和==的重寫或者重載，以提高性能和針對(duì)性分析。?

5. 再論類型轉(zhuǎn)換

類型轉(zhuǎn)換是引起系統(tǒng)異常一個(gè)重要的因素之一，因此在有必要在這個(gè)主題里做以簡單的總結(jié)，我們不力求照顧全面，但是追去提綱挈領(lǐng)。常見的類型轉(zhuǎn)換包括：

• 隱式轉(zhuǎn)換：由低級(jí)類型項(xiàng)高級(jí)類型的轉(zhuǎn)換過程。主要包括：值類型的隱式轉(zhuǎn)換，主要是數(shù)值類型等基本類型的隱式轉(zhuǎn)換；引用類型的隱式轉(zhuǎn)換，主要是派生類向基類的轉(zhuǎn)換；值類型和引用類型的隱士轉(zhuǎn)換，主要指裝箱和拆箱轉(zhuǎn)換。
• 顯示轉(zhuǎn)換：也叫強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但是轉(zhuǎn)換過程不能保證數(shù)據(jù)的完整性，可能引起一定的精度損失或者引起不可知的異常發(fā)生。轉(zhuǎn)換的格式為，?

(type)(變量、表達(dá)式)

例如：int a = (int)(b + 2.02);

• 值類型與引用類型的裝箱與拆箱是.NET中最重要的類型轉(zhuǎn)換，不恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換操作會(huì)引起性能的極大損耗，因此我們將以專門的主題來討論。
• 以is和as操作符進(jìn)行類型的安全轉(zhuǎn)換，詳見本人拙作《第一回：恩怨情仇：is和as》。
• System.Convert類定義了完成基本類型轉(zhuǎn)換的便捷實(shí)現(xiàn)。
• 除了string以外的其他類型都有Parse方法，用于將字符串類型轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的基本類型；
• 使用explicit或者implicit進(jìn)行用戶自定義類型轉(zhuǎn)換，主要給用戶提高自定義的類型轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方式，以實(shí)現(xiàn)更有目的的轉(zhuǎn)換操作，轉(zhuǎn)換格式為，

static?訪問修飾操作符?轉(zhuǎn)換修飾操作符?operator?類型(參數(shù)列表);

?例如：

public?Student
{
????//
????
????static?public?explicite?opertator?Student(string?name,?int?age)
????{
????????return?new?Student(name,?age);
????}

????//
}

其中，所有的轉(zhuǎn)換都必須是static的。??

6. 結(jié)論

現(xiàn)在，我們從幾個(gè)角度延伸了上回對(duì)值類型和引用類型的分析，正如本文開頭所言，對(duì)類型的把握還有很多可以挖掘的要點(diǎn)，但是以偏求全的辦法我認(rèn)為還是可取的，尤其是在技術(shù)探求的過程中，力求面面俱到的做法并不是好事。以上的幾個(gè)角度，我認(rèn)為是對(duì)值類型和引用類型把握的必經(jīng)之路，否則在實(shí)際的系統(tǒng)開發(fā)中常常會(huì)在細(xì)小的地方栽跟頭，摸不著頭腦。

品味類型，我們以應(yīng)用為要點(diǎn)撬開值類型和引用類型的規(guī)矩與方圓。

品味類型，我們將以示例為導(dǎo)航，開動(dòng)一個(gè)層面的深入分析，下回《第十回：品味類型---值類型與引用類型（下）－應(yīng)用征途》我們?cè)僖姟?/p>

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參考文獻(xiàn)

（USA）Jeffrey Richter, Applied Microsoft .NET Framework Programming

（USA）David Chappell， Understanding .NET

??

溫故知新

[開篇有益]

[第一回：恩怨情仇：is和as]

[第二回：對(duì)抽象編程：接口和抽象類]

[第三回：歷史糾葛：特性和屬性]

[第四回：后來居上：class和struct]

[第五回：深入淺出關(guān)鍵字---把new說透]

[第六回：深入淺出關(guān)鍵字---base和this]

[第七回：品味類型---從通用類型系統(tǒng)開始]

[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內(nèi)存有理]

?2007 Anytao.com

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[你必须知道的.NET]第九回：品味类型---值类型与引用类型（中）－规则无边的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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