C# 类型基础值类型和引用类型

首页 > 代码库 > C# 类型基础值类型和引用类型

C# 类型基础值类型和引用类型

2024-09-02 11:15:25 227人阅读

引言

本文之初的目的是讲述设计模式中的 Prototype(原型)模式，但是如果想较清楚地弄明白这个模式，需要了解对象克隆(Object Clone)，Clone其实也就是对象复制。复制又分为了浅度复制(Shallow Copy)和深度复制(Deep Copy)，浅度复制和深度复制又是以如何复制引用类型成员来划分的。由此又引出了引用类型和值类型，以及相关的对象判等、装箱、拆箱等基础知识。索性从最基础的类型开始自底向上写起。

值类型和引用类型

先简单回顾一下C#中的类型系统。C# 中的类型一共分为两类，一类是值类型(Value Type)，一类是引用类型(Reference Type)。值类型和引用类型是以它们在计算机内存中是如何被分配的来划分的。值类型包括结构和枚举，引用类型包括类、接口、委托等。还有一种特殊的值类型，称为简单类型(Simple Type)，比如 byte，int等，这些简单类型实际上是FCL类库类型的别名，比如声明一个int类型，实际上是声明一个System.Int32结构类型。因此，在Int32类型中定义的操作，都可以应用在int类型上，比如 "123.Equals(2)"。

所有的值类型都隐式地继承自 System.ValueType类型(注意System.ValueType本身是一个类类型)，System.ValueType和所有的引用类型都继承自 System.Object基类。你不能显示地让结构继承一个类，因为C#不支持多重继承，而结构已经隐式继承自ValueType。

NOTE：堆栈(stack)是一种先进后出的数据结构，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)。

1.值类型

当声明一个值类型的变量(Variable)的时候，变量本身包含了值类型的全部字段，该变量会被分配在线程堆栈(Thread Stack)上。

假如我们有这样一个值类型，它代表了直线上的一点：

    public struct ValPoint    {        public int X;        public ValPoint(int x)        {            X = x;        }    }

当我们在程序中写下这样的一条变量的声明语句时：

ValPoint vPoint1;

实际产生的效果是声明了vPoint1变量，变量本身包含了值类型的所有字段(即你想要的所有数据)。

编译下面全部代码，用"C:\Program Files (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v10.0A\bin\NETFX 4.6.1 Tools\ildasm.exe"（最新）打开编译后的exe。

class Program{    private static void Main()    {        ValPoint vPoint1;    }    public struct ValPoint    {        public int X;        public ValPoint(int x)        {            X = x;        }    }}

NOTE：观察MSIL代码，会发现此时变量还没有被压到栈上，因为.maxstack(最高栈数) 为0。并且没有看到入栈的指令，这说明只有对变量进行操作，才会进行入栈。

因为变量已经包含了值类型的所有字段，所以，此时你已经可以对它进行操作了(对变量进行操作，实际上是一系列的入栈、出栈操作)。

vPoint1.x = 10;
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出 10

NOTE：如果vPoint1是一个引用类型(比如class)，在运行时会抛出NullReferenceException异常。因为vPoint是一个值类型，不存在引用，所以永远也不会抛出NullReferenceException。

如果你不对vPoint.x进行赋值，直接写Console.WriteLine(vPoint.x)，则会出现编译错误：使用了未赋值的局部变量。产生这个错误是因为.Net的一个约束：所有的元素使用前都必须初始化。比如这样的语句也会引发这个错误：

int i;
Console.WriteLine(i);

解决这个问题我们可以通过这样一种方式：编译器隐式地会为结构类型创建了无参数构造函数。在这个构造函数中会对结构成员进行初始化，所有的值类型成员被赋予0或相当于0的值(针对Char类型)，所有的引用类型被赋予null值。(因此，Struct类型不可以自行声明无参数的构造函数)。所以，我们可以通过隐式声明的构造函数去创建一个ValPoint类型变量：

ValPoint vPoint1 = new ValPoint();
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出为0

我们将上面代码第一句的表达式由"="分隔拆成两部分来看：

左边 ValPoint vPoint1，在堆栈上创建一个ValPoint类型的变量vPoint，结构的所有成员均未赋值。在进行new ValPoint()之前，将vPoint压到栈上。
右边new ValPoint()，new 操作符不会分配内存，它仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数，根据构造函数去初始化vPoint结构的所有字段。

注意上面这句，new 操作符不会分配内存，仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数去初始化vPoint的所有字段。那如果我这样做，又如何解释呢？

Console.WriteLine((new ValPoint()).x); // 正常，输出为0

在这种情况下，会创建一个临时变量，然后使用结构的默认构造函数对此临时变量进行初始化。我知道我这样很没有说服力，所以我们来看下MS IL代码，为了节省篇幅，我只节选了部分：

.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint CS$0$0000) // 声明临时变量
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s CS$0$0000 // 将临时变量压栈
IL_0003: initobj Prototype.ValPoint // 初始化此变量

而对于 ValPoint vPoint = new ValPoint(); 这种情况，其 MSIL代码是：

.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint vPoint)       // 声明vPoint
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s   vPoint          // 将vPoint压栈
IL_0003: initobj    Prototype.ValPoint     // 使用initobj初始化此变量

那么当我们使用自定义的构造函数时，ValPoint vPoint = new ValPoint(10)，又会怎么样呢？通过下面的代码我们可以看出，实际上会使用call指令(instruction)调用我们自定义的构造函数，并传递10到参数列表中。

.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint vPoint)
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s   vPoint      // 将 vPoint 压栈
IL_0003: ldc.i4.s   10          // 将 10 压栈
// 调用构造函数，传递参数
IL_0005: call       instance void Prototype.ValPoint::.ctor(int32)

对于上面的MSIL代码不清楚不要紧，有的时候知道结果就已经够用了。关于MSIL代码，有空了我会为大家翻译一些好的文章。

2.引用类型

当声明一个引用类型变量的时候，该引用类型的变量会被分配到堆栈上，这个变量将用于保存位于堆上的该引用类型的实例的内存地址，变量本身不包含对象的数据。此时，如果仅仅声明这样一个变量，由于在堆上还没有创建类型的实例，因此，变量值为null，意思是不指向任何类型实例(堆上的对象)。对于变量的类型声明，用于限制此变量可以保存的类型。

如果我们有一个这样的类，它依然代表直线上的一点：

public class RefPoint {
    public int x;

    public RefPoint(int x) {
       this.x = x;
    }
    public RefPoint() {}
}

当我们仅仅写下一条声明语句：

RefPoint rPoint1;

它的效果就向下图一样，仅仅在堆栈上创建一个不包含任何数据，也不指向任何对象(不包含创建再堆上的对象的地址)的变量。

而当我们使用new操作符时：

rPoint1= new RefPoint(1);

会发生这样的事：

在应用程序堆(Heap)上创建一个引用类型(Type)的实例(Instance)或者叫对象(Object)，并为它分配内存地址。
自动传递该实例的引用给构造函数。(正因为如此，你才可以在构造函数中使用this来访问这个实例。)
调用该类型的构造函数。
返回该实例的引用(内存地址)，赋值给rPoint变量。

3.关于简单类型

很多文章和书籍中在讲述这类问题的时候，总是喜欢用一个int类型作为值类型和一个Object类型作为引用类型来作说明。本文中将采用自定义的一个结构和类分别作值类型和引用类型的说明。这是因为简单类型(比如int)有一些CLR实现了的行为，这些行为会让我们对一些操作产生误解。

举个例子，如果我们想比较两个int类型是否相等，我们会通常这样：

int i = 3;
int j = 3;
if(i==j) Console.WriteLine("i equals to j");

但是，对于自定义的值类型，比如结构，就不能用 "=="来判断它们是否相等，而需要在变量上使用Equals()方法来完成。

再举个例子，大家知道string是一个引用类型，而我们比较它们是否相等，通常会这样做：

string a = "123456"; string b = "123456";
if(a == b) Console.WriteLine("a Equals to b");

实际上，在后面我们就会看到，当使用"=="对引用类型变量进行比较的时候，比较的是它们是否指向的堆上同一个对象。而上面a、b指向的显然是不同的对象，只是对象包含的值相同，所以可见，对于string类型，CLR对它们的比较实际上比较的是值，而不是引用。

为了避免上面这些引起的混淆，在对象判等部分将采用自定义的结构和类来分别说明。

装箱和拆箱

这部分内容可深可浅，本文只简要地作一个回顾。简单来说，装箱就是将一个值类型转换成等值的引用类型。它的过程分为这样几步：

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)。

当我们运行这样的代码时：

int i = 1;
Object boxed = i;
Console.WriteLine("Boxed Point: " + boxed);

效果图是这样的：

MSIL代码是这样的：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小       19 (0x13)
.maxstack 1                   // 最高栈数是1，装箱操作后i会出栈
.locals init ([0] int32 i,     // 声明变量 i(第1个变量，索引为0)
           [1] object boxed)          // 声明变量 boxed (第2个变量，索引为1)
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.s   10         //#1 将10压栈
IL_0003: stloc.0                  //#2 10出栈，将值赋给 i
IL_0004: ldloc.0                  //#3 将i压栈
IL_0005: box   [mscorlib]System.Int32 //#4 i出栈，对i装箱(复制值到堆，返回地址)
IL_000a: stloc.1           //#5 将返回值赋给变量 boxed
IL_000b: ldloc.1           // 将 boxed 压栈
// 调用WriteLine()方法
IL_000c: call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(object)
IL_0011: nop
IL_0012: ret
} // end of method Program::Main

而拆箱则是将一个 已装箱的引用类型 转换为值类型：

int i = 1;
Object boxed = i;
int j;
j = (int)boxed; // 显示声明拆箱后的类型
Console.WriteLine("UnBoxed Point: " + j);

需要注意的是：UnBox 操作需要显示声明拆箱后转换的类型。它分为两步来完成：

获取已装箱的对象的地址。
将值从堆上的对象中拷贝到堆栈上的值变量中。

对象判等

因为我们要提到对象克隆(复制)，那么，我们应该有办法知道复制前后的两个对象是否相等。所以，在进行下面的章节前，我们有必要先了解如何进行对象判等。

NOTE：有机会较深入地研究这部分内容，需要感谢微软的开源以及 VS2008 的FCL调试功能。关于如何调试 FCL 代码，请参考 Configuring Visual Studio to Debug .NET Framework Source Code。

我们先定义用作范例的两个类型，它们代表直线上的一点，唯一区别是一个是引用类型class，一个是值类型struct：

public class RefPoint {      // 定义一个引用类型
    public int x;
    public RefPoint(int x) {
       this.x = x;
    }
}

public struct ValPoint { // 定义一个值类型
    public int x;
    public ValPoint(int x) {
       this.x = x;
    }
}

1.引用类型判等

我们先进行引用类型对象的判等，我们知道在System.Object基类型中，定义了实例方法Equals(object obj)，静态方法 Equals(object objA, object objB)，静态方法 ReferenceEquals(object objA, object objB) 来进行对象的判等。

我们先看看这三个方法，注意我在代码中用 #number 标识的地方，后文中我会直接引用：

public static bool ReferenceEquals (Object objA, Object objB)
{
     return objA == objB;     // #1
}

public virtual bool Equals(Object obj)
{
    return InternalEquals(this, obj);    // #2
}

public static bool Equals(Object objA, Object objB) {
     if (objA==objB) {        // #3
         return true;
     }

     if (objA==null || objB==null) {
         return false;
     }

     return objA.Equals(objB); // #4
}

我们先看ReferenceEquals(object objA, object objB)方法，它实际上简单地返回 objA == objB，所以，在后文中，除非必要，我们统一使用 objA == objB(省去了 ReferenceEquals 方法)。另外，为了范例简单，我们不考虑对象为null的情况。

我们来看第一段代码：

// 复制对象引用
bool result;
RefPoint rPoint1 = new RefPoint(1);
RefPoint rPoint2 = rPoint1;

result = (rPoint1 == rPoint2); // 返回 true;
Console.WriteLine(result);

result = rPoint1.Equals(rPoint2); // #2 返回true;
Console.WriteLine(result);

在阅读本文中，应该时刻在脑子里构思一个堆栈，一个堆，并思考着每条语句会在这两种结构上产生怎么样的效果。在这段代码中，产生的效果是：在堆上创建了一个新的RefPoint类型的实例(对象)，并将它的x字段初始化为1；在堆栈上创建变量rPoint1，rPoint1保存堆上这个对象的地址；将rPoint1 赋值给 rPoint2时，此时并没有在堆上创建一个新的对象，而是将之前创建的对象的地址复制到了rPoint2。此时，rPoint1和rPoint2指向了堆上同一个对象。

从 ReferenceEquals()这个方法名就可以看出，它判断两个引用变量是不是指向了同一个变量，如果是，那么就返回true。这种相等叫做 引用相等(rPoint1 == rPoint2 等效于 ReferenceEquals)。因为它们指向的是同一个对象，所以对rPoint1的操作将会影响rPoint2：

注意System.Object静态的Equals(Object objA, Object objB)方法，在 #3 处，如果两个变量引用相等，那么将直接返回true。所以，可以预见我们上面的代码rPoint1.Equals(rPoint2); 在 #3 就会返回true。但是我们没有调用静态Equals()，直接调用了实体方法，最后调用了#2 的 InternalEquals()，返回true。(InternalEquals()无资料可查，仅通过调试测得)。

我们再看引用类型的第二种情况：

//创建新引用类型的对象，其成员的值相等
RefPoint rPoint1 = new RefPoint(1);
RefPoint rPoint2 = new RefPoint(1);

result = (rPoint1 == rPoint2);
Console.WriteLine(result); // 返回 false;

result = rPoint1.Equals(rPoint2);
Console.WriteLine(result); // #2 返回false

上面的代码在堆上创建了两个类型实例，并用同样的值初始化它们；然后将它们的地址分别赋值给堆上的变量 rPoint1和rPoint2。此时 #2 返回了false，可以看到，对于引用类型，即使类型的实例(对象)包含的值相等，如果变量指向的是不同的对象，那么也不相等。

2.简单值类型判等

注意本节的标题：简单值类型判等，这个简单是如何定义的呢？如果值类型的成员仅包含值类型，那么我们暂且管它叫简单值类型，如果值类型的成员包含引用类型，我们管它叫复杂值类型。(注意，这只是本文中为了说明我个人作的定义。)

应该还记得我们之前提过，值类型都会隐式地继承自 System.ValueType类型，而ValueType类型覆盖了基类System.Object类型的Equals()方法，在值类型上调用Equals()方法，会调用ValueType的Equals()。所以，我们看看这个方法是什么样的，依然用 #number 标识后面会引用的地方。

public override bool Equals (Object obj) {
   if (null==obj) {
       return false;
}
   RuntimeType thisType = (RuntimeType)this.GetType();
   RuntimeType thatType = (RuntimeType)obj.GetType();

   if (thatType!=thisType) { // 如果两个对象不是一个类型，直接返回false
       return false;
   }

   Object thisObj = (Object)this;
   Object thisResult, thatResult;

   if (CanCompareBits(this))                // #5
       return FastEqualsCheck(thisObj, obj);    // #6

    // 利用反射获取值类型所有字段
   FieldInfo[] thisFields = thisType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);
    // 遍历字段，进行字段对字段比较
   for (int i=0; i<thisFields.Length; i++) {
       thisResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).InternalGetValue(thisObj,false);
       thatResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).InternalGetValue(obj, false);

       if (thisResult == null) {
           if (thatResult != null)
               return false;
       }
       else
       if (!thisResult.Equals(thatResult)) { // #7
           return false;
       }
   }

   return true;
}

我们先来看看第一段代码：

// 复制结构变量
ValPoint vPoint1 = new ValPoint(1);
ValPoint vPoint2 = vPoint1;

result = (vPoint1 == vPoint2); //编译错误：不能在ValPoint上应用 "==" 操作符
Console.WriteLine(result);

result = Object.ReferenceEquals(vPoint1, vPoint2); // 隐式装箱，指向了堆上的不同对象
Console.WriteLine(result); // 返回false

我们先在堆栈上创建了一个变量vPoint1，变量本身已经包含了所有字段和数据。然后在堆栈上复制了vPoint1的一份拷贝给了vPoint2，从常理思维上来讲，我们认为它应该是相等的。接下来我们就试着去比较它们，可以看到，我们不能用"=="直接去判断，这样会返回一个编译错误。如果我们调用System.Object基类的静态方法ReferenceEquals()，有意思的事情发生了：它返回了false。为什么呢？我们看下ReferenceEquals()方法的签名就可以了，它接受的是Object类型，也就是引用类型，而当我们传递vPoint1和vPoint2这两个值类型的时候，会进行一个隐式的装箱，效果相当于下面的语句：

Object boxPoint1 = vPoint1;
Object boxPoint2 = vPoint2;
result = (boxPoint1 == boxPoint2); // 返回false
Console.WriteLine(result);

而装箱的过程，我们在前面已经讲述过，上面的操作等于是在堆上创建了两个对象，对象包含的内容相同(地址不同)，然后将对象地址分别返回给堆栈上的 boxPoint1和boxPoint2，再去比较boxPoint1和boxPoint2是否指向同一个对象，显然不是，所以返回false。

我们继续，添加下面这段代码：

result = vPoint1.Equals(vPoint2); // #5 返回true; #6 返回true;
Console.WriteLine(result); // 输出true

因为它们均继承自ValueType类型，所以此时会调用ValueType上的Equals()方法，在方法体内部，#5 CanCompareBits(this) 返回了true，CanCompareBits(this)这个方法，按微软的注释，意识是说：如果对象的成员中存在对于堆上的引用，那么返回false，如果不存在，返回true。按照ValPoint的定义，它仅包含一个int类型的字段x，自然不存在对堆上其他对象的引用，所以返回了true。从#5 的名字CanCompareBits，可以看出是判断是否可以进行按位比较，那么返回了true以后，#6 自然是进行按位比较了。

接下来，我们对vPoint2做点改动，看看会发生什么：

vPoint2.x = 2;
result = vPoint1.Equals(vPoint2); // #5 返回true; #6 返回false;
Console.WriteLine(result);

3. 复杂值类型判等

到现在，上面的这些方法，我们还没有走到的位置，就是CanCompareBits返回false以后的部分了。前面我们已经推测出了CanCompareBits返回false的条件(值类型的成员包含引用类型)，现在只要实现下就可以了。我们定义一个新的结构Line，它代表直线上的线段，我们让它的一个成员为值类型ValPoint，一个成员为引用类型RefPoint，然后去作比较。

/* 结构类型 ValLine 的定义，
public struct ValLine {
   public RefPoint rPoint;       // 引用类型成员
   public ValPoint vPoint;       // 值类型成员
   public Line(RefPoint rPoint, ValPoint vPoint) {
      this.rPoint = rPoint;
      this.vPoint = vPoint;
   }
}
*/

RefPoint rPoint = new RefPoint(1);
ValPoint vPoint = new ValPoint(1);

ValLine line1 = new ValLine (rPoint, vPoint);
ValLine line2 = line1;

result = line1.Equals(line2);   // 此时已经存在一个装箱操作，调用ValueType.Equals()
Console.WriteLine(result);      // 返回True

这个例子的过程要复杂得多。在开始前，我们先思考一下，当我们写下 line1.Equals(line2)时，已经进行了一个装箱的操作。如果要进一步判等，显然不能去判断变量是否引用的堆上同一个对象，这样的话就没有意义了，因为总是会返回false(装箱后堆上创建了两个对象)。那么应该如何判断呢？对堆上对象的成员(字段)进行一对一的比较，而成员又分为两种类型，一种是值类型，一种是引用类型。对于引用类型，去判断是否引用相等；对于值类型，如果是简单值类型，那么如同前一节讲述的去判断；如果是复杂类型，那么当然是递归调用了；最终直到要么是引用类型要么是简单值类型。

NOTE：进行字段对字段的一对一比较，需要用到反射，如果不了解反射，可以参看 .Net 中的反射系列文章。

好了，我们现在看看实际的过程，是不是如同我们料想的那样，为了避免频繁的拖动滚动条查看ValueType的Equals()方法，我拷贝了部分下来：

public override bool Equals (Object obj) {

   if (CanCompareBits(this))                // #5
       return FastEqualsCheck(thisObj, obj);    // #6
    // 利用反射获取类型的所有字段(或者叫类型成员)
   FieldInfo[] thisFields = thisType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);
    // 遍历字段进行比较
   for (int i=0; i<thisFields.Length; i++) {
       thisResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).InternalGetValue(thisObj,false);
       thatResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).InternalGetValue(obj, false);

       if (thisResult == null) {
           if (thatResult != null)
               return false;
       }
       else
       if (!thisResult.Equals(thatResult)) { #7
           return false;
       }
   }

   return true;
}

进入 ValueType 上的 Equals() 方法，#5 处返回了 false;
进入 for 循环，遍历字段。
第一个字段是RefPoint引用类型，#7 处，调用 System.Object 的Equals()方法，到达#2，返回true。
第二个字段是ValPoint值类型，#7 处，调用 System.ValType的Equals()方法，也就是当前方法本身。此处递归调用。
再次进入 ValueType 的 Equals() 方法，因为 ValPoint 为简单值类型，所以 #5 CanCompareBits 返回了true，接着 #6 FastEqualsCheck 返回了 true。
里层 Equals()方法返回 true。
退出 for 循环。
外层 Equals() 方法返回 true。

对象复制

有的时候，创建一个对象可能会非常耗时，比如对象需要从远程数据库中获取数据来填充，又或者创建对象需要读取硬盘文件。此时，如果已经有了一个对象，再创建新对象时，可能会采用复制现有对象的方法，而不是重新建一个新的对象。本节就讨论如何进行对象的复制。

1.浅度复制

浅度复制和深度复制是以如何复制对象的成员(member)来划分的。一个对象的成员有可能是值类型，有可能是引用类型。当我们对对象进行一个浅度复制的时候，对于值类型成员，会复制其本身(值类型变量本身包含了所有数据，复制时进行按位拷贝)；对于引用类型成员(注意它会引用另一个对象)，仅仅复制引用，而不创建其引用的对象。结果就是：新对象的引用成员和复制对象的引用成员指向了同一个对象。

继续我们上面的例子，如果我们想要进行复制的对象(RefLine)是这样定义的，(为了避免look up，我在这里把代码再贴过来)：

// 将要进行浅度复制的对象，注意为引用类型
public class RefLine {
    public RefPoint rPoint;
    public ValPoint vPoint;
    public Line(RefPoint rPoint,ValPoint vPoint){
       this.rPoint = rPoint;
       this.vPoint = vPoint;
    }
}
// 定义一个引用类型成员
public class RefPoint {
    public int x;
    public RefPoint(int x) {
       this.x = x;
    }
}
// 定义一个值类型成员
public struct ValPoint {
    public int x;
    public ValPoint(int x) {
       this.x = x;
    }
}

我们先创建一个想要复制的对象：

RefPoint rPoint = new RefPoint(1);
ValPoint vPoint = new ValPoint(1);
RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);

它所产生的实际效果是(堆栈上仅考虑line部分)：

那么当我们对它复制时，就会像这样(newLine是指向新拷贝的对象的指针，在代码中体现为一个引用类型的变量)：

按照这个定义，再回忆上面我们讲到的内容，可以推出这样一个结论：当复制一个结构类型成员的时候，直接创建一个新的结构类型变量，然后对它赋值，就相当于进行了一个浅度复制，也可以认为结构类型隐式地实现了浅度复制。如果我们将上面的RefLine定义为一个结构(Struct)，结构类型叫ValLine，而不是一个类，那么对它进行浅度复制就可以这样：

ValLine newLine = line;

实际的效果图是这样：

现在你已经已经搞清楚了什么是浅度复制，知道了如何对结构浅度复制。那么如何对一个引用类型实现浅度复制呢？在.Net Framework中，有一个ICloneable接口，我们可以实现这个接口来进行浅度复制(也可以是深度复制，这里有争议，国外一些人认为ICloneable应该被标识为过时(Obsolete)的，并且提供IShallowCloneable和IDeepCloneble来替代)。这个接口只要求实现一个方法Clone()，它返回当前对象的副本。我们并不需要自己实现这个方法(当然完全可以)，在System.Object基类中，有一个保护的MemeberwiseClone()方法，它便用于进行浅度复制。所以，对于引用类型，如果想要实现浅度复制时，只需要调用这个方法就可以了：

public object Clone() {
return MemberwiseClone();
}

现在我们来做一个测试：

class Program {
    static void Main(string[] args) {

       RefPoint rPoint = new RefPoint(1);
       ValPoint vPoint = new ValPoint(1);
       RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);

       RefLine newLine = (RefLine)line.Clone();
       Console.WriteLine("Original: line.rPoint.x = {0}, line.vPoint.x = {1}", line.rPoint.x, line.vPoint.x);
       Console.WriteLine("Cloned: newLine.rPoint.x = {0}, newLine.vPoint.x = {1}", newLine.rPoint.x, newLine.vPoint.x);

       line.rPoint.x = 10;      // 修改原先的line的引用类型成员 rPoint
       line.vPoint.x = 10;      // 修改原先的line的值类型成员 vPoint
       Console.WriteLine("Original: line.rPoint.x = {0}, line.vPoint.x = {1}", line.rPoint.x, line.vPoint.x);
       Console.WriteLine("Cloned: newLine.rPoint.x = {0}, newLine.vPoint.x = {1}", newLine.rPoint.x, newLine.vPoint.x);

    }
}

输出为：

Original: line.rPoint.x = 1, line.vPoint.x = 1
Cloned: newLine.rPoint.x = 1, newLine.vPoint.x = 1
Original: line.rPoint.x = 10, line.vPoint.x = 10
Cloned: newLine.rPoint.x = 10, newLine.vPoint.x = 1

可见，复制后的对象和原先对象成了连体婴，它们的引用成员字段依然引用堆上的同一个对象。

2.深度复制

其实到现在你可能已经想到什么时深度复制了，深度复制就是将引用成员指向的对象也进行复制。实际的过程是创建新的引用成员指向的对象，然后复制对象包含的数据。

深度复制可能会变得非常复杂，因为引用成员指向的对象可能包含另一个引用类型成员，最简单的例子就是一个线性链表。

如果一个对象的成员包含了对于线性链表结构的一个引用，浅度复制只复制了对头结点的引用，深度复制则会复制链表本身，并复制每个结点上的数据。

考虑我们之前的例子，如果我们期望进行一个深度复制，我们的Clone()方法应该如何实现呢？

public object Clone(){       // 深度复制
    RefPoint rPoint = new RefPoint();       // 对于引用类型，创建新对象
    rPoint.x = this.rPoint.x;           // 复制当前引用类型成员的值到新对象
    ValPoint vPoint = this.vPoint;          // 值类型，直接赋值
    RefLine newLine = new RefLine(rPoint, vPoint);
    return newLine;
}

可以看到，如果每个对象都要这样去进行深度复制的话就太麻烦了，我们可以利用串行化/反串行化来对对象进行深度复制：先把对象串行化(Serialize)到内存中，然后再进行反串行化，通过这种方式来进行对象的深度复制：

public object Clone() {
    BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();
    MemoryStream ms = new MemoryStream();
    bf.Serialize(ms, this);
    ms.Position = 0;

    return (bf.Deserialize(ms)); ;
}

我们来做一个测试：

class Program {
    static void Main(string[] args) {
       RefPoint rPoint = new RefPoint(1);
       ValPoint vPoint = new ValPoint(2);

       RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);
       RefLine newLine = (RefLine)line.Clone();

       Console.WriteLine("Original line.rPoint.x = {0}", line.rPoint.x);
       Console.WriteLine("Cloned newLine.rPoint.x = {0}", newLine.rPoint.x);

       line.rPoint.x = 10;   // 改变原对象引用成员的值
       Console.WriteLine("Original line.rPoint.x = {0}", line.rPoint.x);
       Console.WriteLine("Cloned newLine.rPoint.x = {0}", newLine.rPoint.x);
    }
}
输出为：
Original line.rPoint.x = 1
Cloned newLine.rPoint.x = 1
Original line.rPoint.x = 10
Cloned newLine.rPoint.x = 1

可见，两个对象的引用成员已经分离，改变原对象的引用对象的值，并不影响复制后的对象。

这里需要注意：如果想将对象进行序列化，那么对象本身，及其所有的自定义成员(类、结构)，都必须使用Serializable特性进行标记。所以，如果想让上面的代码运行，我们之前定义的类都需要进行这样的标记：

[Serializable()]
public class RefPoint { /*略*/}

NOTE：关于特性(Attribute)，可以参考 .Net 中的反射(反射特性) 一文。

总结

本文简单地对C#中的类型作了一个回顾。

我们首先讨论了C#中的两种类型--值类型和引用类型，随后简要回顾了装箱/拆箱操作。接着，详细讨论了C#中的对象判等。最后，我们讨论了浅度复制和深度复制，并比较了它们之间不同。

希望这篇文章能给你带来帮助！

我在这里只是浅浅的介绍一下下：
从概念上看，值类型直接存储其值，而引用类型存储对其值的引用。
我们知道，C#中的每一种类型要么是值类型，要么是引用类型。所以每个对象要么是值类型的实例，要么是引用类型的实例。
值类型和引用类型的基类
引用类型和值类型都继承自System.Object类。不同的是，几乎所有的引用类型都直接从System.Object继承，而值类型则继承其子类，即直接继承System.ValueType。
作为所有类型的基类，System.Object提供了一组方法，这些方法在所有类型中都能找到，其中包含toString方法及clone等方法。
System.ValueType直接继承System.Object，即System.ValueType本身是一个类类型，而不是值类型；System.ValueType没有添加任何成员，但覆盖了所继承的一些方法，使其更适合于值类型。例如，ValueType重写了Equals()方法，从而对值类型按照实例的值来比较，而不是引用地址来比较。

技术分享

struct Program
{
static void Main(string[] args)
{
Program testType = new Program();

if (testType.GetType().IsValueType)
{
Console.WriteLine("{0} is value type.", testType.ToString());
}
Console.ReadLine();
}
}

技术分享

值类型
值类型的特性：
1.C#的所有值类型均隐式派生自System.ValueType。
各个值类型及其基类：
结构体：struct（直接派生于System.ValueType）；
数值类型：
整型：
short（System.Int16），ushort（System.UInt16），int（System.Int32），uint（System.UInt32），
long（System.Int64），ulong（System.UInt64），
sbyte(System.SByte的别名），byte（System.Byte），
字符型：char（System.Char）；
浮点型：float（System.Single），double（System.Double）；
用于财务计算的高精度decimal型：decimal（System.Decimal）。
bool型：bool（System.Boolean的别名）；
枚举：enum（派生于System.Enum）；
可空类型（派生于System.Nullable泛型结构体，语法 T? 是 System.Nullable<T> 的简写，此处的 T 为值类型。）
2.每种值类型均有一个隐式的默认构造函数来初始化该类型的默认值。
例如：
int i = new int();
等价于：
Int32 i = new Int32();
等价于：
int i = 0;
等价于：
Int32 i = 0;
使用new运算符时，将调用特定类型的默认构造函数并对变量赋以默认值。在上例中，默认构造函数将值0赋给了i。
3.所有的值类型都是密封（seal）的，所以无法派生出新的值类型。
4.值类型的实例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。
引用类型
引用类型的特性：
1.C#的所有引用类型均隐式派生自System.object。
各个引用类型及其基类：
数组：（派生于System.Array）数组的元素，不管是引用类型还是值类型，都存储在托管堆上；
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。）；
委托：delegate（派生于System.Delegate）；
object：（System.Object的别名）；
字符串：string（System.String的别名）。
2.引用类型可以派生出新的类型。
3.引用类型可以包含null值。
4.引用类型变量的赋值只复制对对象的引用，而不复制对象本身。
5.引用类型的对象总是在进程堆中分配（动态分配）。
值类型和引用类型的区别
所有继承System.Value的类型都是值类型，其他类型都是引用类型。
引用类型可以派生出新的类型，而值类型不能；
引用类型存储在堆中，而值类型既可以存储在堆中也可以存储在栈中。
引用类型可以包含null值，值类型不能（可空类型功能允许将 null 赋给值类型）；
引用类型变量的赋值只复制对对象的引用，而不复制对象本身。而将一个值类型变量赋给另一个值类型变量时，将复制包含的值。
当比较两个值类型时，进行的是内容比较；而比较两个引用类型时，进行的是引用比较。
值类型在内存管理方面具有更好的效率，并且不支持多态，适合用作存储数据的载体；引用类型支持多态，适合用于定义应用程序的行为。
Int[]是引用类型还是值类型
数组类型是一族类型，它们都继承System.Array，而System.Array继承自System.Object。所以所有的数组类型都是引用类型

C# 类型基础值类型和引用类型

声明：以上内容来自用户投稿及互联网公开渠道收集整理发布，本网站不拥有所有权，未作人工编辑处理，也不承担相关法律责任，若内容有误或涉及侵权可进行投诉：投诉/举报工作人员会在5个工作日内联系你，一经查实，本站将立刻删除涉嫌侵权内容。

联系
我们

首页 > 代码库 > C# 类型基础 值类型和引用类型