C#筆記 – 類型基礎（四） 不同類型對象的存儲位置

引用類型和值類型

• CLR支持引用類型和值類型

  • FCL大多類型都是引用類型

• 所有的class都是引用類型；所有的struct/enum都是值類型

  • 所有的struct都是抽象類型System.ValueType的直接派生類，System.ValueType又直接從System.Object派生

  • 所有的enum從System.Enum派生，System.Enum又派生自System.ValueType

  • 因此，自定義值類型不能選擇基類（已有ValueType），但可以實現接口

    • 另外，所有值類型都隱式密封，無法被繼承，以防作為其他引用類型/值類型的基類

• 引用類型的值永遠是對堆地址對象的引用；值類型的值永遠是值本身

• 引用類型

  • 內存從托管堆分配，C#的 new操作符返回對象內存地址

  • 堆上分配的每個對象都有一些額外成員（如：類型對象指針、同步塊索引），這些成員必須初始化

  • 對象中的其他字節（為字段而設）總是設為0

  • 從托管堆分配對象時，可能強制執行一次GC

• 因此，引用類型會比較「重量級」，為了減輕程序的負擔，CLR提供了較「輕量」的值類型

• 值類型

  • 實例一般在線程棧上分配（有時候會作為字段嵌入引用類型的對象中），而不在托管堆上分配

    • 因此也沒有堆上每個對象都有的兩個額外成員（類型對象指針和同步塊索引）

  • 代表值類型實例的變量中不包含指向實例的指針，而是包含了實例本身的字段。因此操作實例中的字段不需要通過指針引用

  • 值類型實例不受GC控制，使用值類型可緩解托管堆的壓力，減少了應用程序生存期內的GC回收次數

  • 因此，值類型比引用類型「輕」

選擇值類型還是引用類型

• 除非滿足以下全部條件，否則不應將類型聲明為值類型

  • 類型簡單，沒有成員會修改類型的任何實例字段（不可變的）

    • 建議值類型的全部字段都設為readonly

  • 不需要繼承其他類型也不需要被任何類型所繼承

• 考慮類型實例大小

  • 實參默認以傳值方式傳遞，因此會對值類型實例中的字段進行複製

  • 返回一個值類型的方法在返回時，實例中的字段也會複製到調用者分配的內存中

  • 因此，如果類型的實例較大，就不應使用值類型，起碼不應作用方法實參/返回值

    • 較小的標準（16字節以下）

• 值類型與引用類型的區別

  • 值類型對象有兩種表示形式：未裝箱/已裝箱；引用類型總是處於已裝箱形式

  • 值類型從System.ValueType派生，其提供了與System.Object相同的方法，重寫了Equals方法和GetHashCode方法

    • Equals：在兩個對象的字段值完全匹配前提下返回true

    • GetHashCode：生成哈希碼時，會將對象的實例字段中的值考慮在內

    • 自定義值類型時應重寫這兩個方法

  • 值類型不能作為基類，因此不應在值類型裡定義虛/抽象方法，需要保持隱式密封

  • 引用類型變量包含堆中對象的地址，創建時默認初始化為null；值類型變量總是包含其基礎類型的一個值，所有成員都初始化為0

  • 將值類型變量賦值給另一個值類型變量，會執行逐字段的複製；而一個引用變量賦給另一個引用變量，則只複製內存地址

    • 因此，在賦值的效率上，引用類型比值類型更高

    • 同時，由此可見，多個引用變量可以引用至同一個內存地址，因此對一個變量執行的操作可能影響到另一個變量引用的對象；相反，值類型變量自成一體，對一個值類型的操作不可能影響到另一個值類型變量

  • 由於未裝箱的值類型不在堆上分配，一旦定義了該類型的一個實例方法不再活動，為它們分配的內存就會馬上被釋放，而不是像引用類型一樣等待回收