Learning hard C#学习笔记——读书笔记 07

武财神

1.值类型和引用类型

1.1 什么是值类型和引用类型

• 值类型：包括简单类型，枚举类型，结构体类型等，值类型通常被分配在线程的堆栈上，变量保存的内容就是实例数据本身
  
• 引用类型：引用类型实例则被分配在托管堆上，变量保存的是实例数据的内存地址，引用类型主要包括类类型、接口类型、委托类型、字符串类型等
  

1.2 值类型和引用类型的区别


值类型和引用类型最主要的区别是——不同的内存分布
我们之前介绍过，值类型分配在线程的堆栈上，引用类型分配在托管堆上，不同的分配位置导致了不同的管理机制，值类型由操作系统负责管理，引用类型则由垃圾回收机制（GC）负责管理

管理的主要是内存的分配与释放

1. class Program {
2.     static void Main(string[] args) {
3.         // valuetype 是值类型
4.         int valuetype = 3;
5.         // reftype 是引用类型
6.         string reftype = "abc";
7.     }
8. }

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在程序中，每个变量都有其堆栈地址，并且不同的变量，堆栈地址不同，valuetype 和 reftype 在堆栈地址占用了不同的位置，从下图可以看出，无论是值类型还是引用类型，变量本身都是存储在堆栈中，变量只是实例数据的一个引用

值类型的变量和实际数据通常会存储在线程堆栈中，而引用类型则是，变量存储在线程堆栈中，而实际数据存储在托管堆中，此时变量存储的是实际数据的地址，这个地址就像是我们实际生活中的地址，像快递员，想要送包裹给你，也是需要你的地址
注意：我们对值类型的说法是通常在线程堆栈中，而也有不在堆栈的情况

1.引用类型嵌套值类型

如果类的字段类型是值类型，它作为引用类型的一部分，会被分配到托管堆中，但是局部变量的值类型，则仍会被分配到线程栈中

1. public class NestedValueTypeInRef {
2.     // 这个和引用类型一起分配到托管堆中
3.     private int valueType = 3;
5.     public method() {
6.         // 方法的局部变量分配到线程栈中
7.         char c = 'c';
8.     }
9. }
11. class Program {
12.     static void Main(string[] agrs) {
13.         NestedRefTypeInValue reftype = new NestedRefTypeInValue();
14.     }
15. }

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2.值类型嵌套定义引用类型


值类型嵌套定义引用类型，堆栈上将保存该引用类型的引用，而实际的数据则将保存在托管堆上

1. public class TestClass
2. {
3.     public int x;
4.     public int y;
5. }
7. public struct NestedRefTypeValue
8. {
9.     // 注意结构体的字段不能初始化
10.     private TestClass classinValueType;
11.   
12.     // 注意结构体的构造函数不能无参
13.     public NestedRefTypeValue(TestClass t)
14.     {
15.         classinValueType.x = 3;
16.         classinValueType.y = 5;
17.         classinValueType = t;
18.     }
19. }
21. class Program {
22.     static void Main(string[] args) {
23.         NestedRefTypeValue valueType = new NestedRefTypeInValue(new TestClass())
24.     }
25. }

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总结：

• 值类型继承自ValueType，ValueType又继承自System.Object；而引用类型则直接继承自System.Object
  
• 值类型的内存不受GC控制，作用域结束，值类型会被系统自动释放，从而减少了托管堆的压力，而引用类型受到GC控制，所以与引用类型相比，值类型性能方面更占优势
  
• 值类型是密封的（sealed），你不能把值类型作为其它任何类型的基类，而引用类型一般具有继承性
  
• 值类型不能为null值，它的默认初始值为数值0，而由于类型在默认情况下为null值
  
• 由于值类型的变量包含其实际数据，因此在默认情况下，值类型之间的参数传递不会影响变量本身，而引用类型保存的数据的地址，它们作为参数传递，参数会发生变化，从而影响引用类型变量的值
  

1.3 两大类型转换——装箱与拆箱

由于C#存在这两种类型，自然需要对它们进行转换，类型转换指的是将数据的类型转化为另外一种类型

类型转换的方式：

• 隐式类型转换：由低级类型向高级类型转换的过程。例如：派生类可以隐式的转换为它的父类，装箱的过程就属于指针隐式类型转换
  
• 显式类型转换：强制类型转换。这种转换可能会导致精度丢失，或出现运行异常
  

强制类型转换的格式
type就是你想要转换的类型

1. (type)(变量、或函数)

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• 通过 is 和 as 运算符可以进行安全的类型转换
  

1. if (myObj is MyClass)
2. {
3.     // myObj 是 MyClass 类型的实例
4. }
6. MyClass myObj = someObj as MyClass;
7. if (myObj != null)
8. {
9.     // someObj 成功转换为 MyClass 类型
10. }

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• 通过 .NET 类库中的Convert类来完成类型转换
  

1. string str = "123";
2. int num = Convert.ToInt32(str);

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1. string str = "2023-07-19";
2. DateTime date = Convert.ToDateTime(str);

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1. string str = "Red";
2. Color color = (Color)Enum.Parse(typeof(Color), str);

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1.3.1 装箱和拆箱的原理

1. class Program {
2.     static void Main(string[] args) {
3.         int i = 3;
4.         // 装箱操作
5.         object o = i;
6.         // 拆箱操作
7.         int y = (int) o;
8.     }
9. }

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装箱（box）可以具体为三个步骤

• 内存分配：在托管堆中分配好内存空间存放复制的实际数据
  
• 完成数据的复制：将值类型实例的实际数据复制到新分配的内存中
  
• 地址返回：将托管对象的地址返回给由于类型变量
  

拆箱（unbox）操作的步骤：

• 检查实例：首先检查要进行拆箱操作的引用类型变量是否为null，如果为null则抛出异常，如果不为null，则继续检查变量是否和拆箱之后的类型是否是同一个类型
  
• 地址返回：返回已装箱变量的实际数据部分的地址
  
• 数据复制：将托管堆中的实际数据复制到栈中
  

注意：

• 装箱和拆箱堆性能有比较大的影响，如果代码中有大量的装箱和拆箱会消耗很多运行时间
  
• 装箱和拆箱必然会产生多余的对象，进一步加重了GC的压力
  

应该避免多次的装箱和拆箱，最好使用泛型来编程
2. 参数传递的问题


C# 中的参数传递，我们可以分为四种情况

• 值类型参数按值传递
  
• 引用类型的参数按值传递
  
• 值类型参数按引用传递
  
• 引用类型的参数按引用传递
  

2.1 值类型的参数按值传递

参数可以分为实参和形参两种，形参指的是被调用方法中的参数，而实参指的是我们传递过去的参数

1. class Program {
2.     static void Main(string[] args) {
3.         int addNum = 1;
4.         // addNum 就是实参
5.         Add(addNum);
6.     }
7.     // addnum就是形参，即被调用方法中的参数
8.     private static void Add(int addnum) {
9.         addnum += 1;
10.         Console.WriteLine(addnum);
11.     }
12. }

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值类型按值传递，其实传递的是该值类型实例的一个副本，也就是说，方法对参数的操作，并不会影响实际的参数

1. class Program {
2.     static void Main(string[] args) {
3.         int addNum = 1;
4.         // addNum 就是实参
5.         Add(addNum);
7.         Console.WriteLine("调用方法之后的实际参数的值:"+addNum);
8.         Console.Read();
9.     }
10.     // addnum就是形参，即被调用方法中的参数
11.     private static void Add(int addnum) {
12.         addnum += 1;
13.         Console.WriteLine("方法中形参的值:"+addnum);
14.     }
15. }

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我们可以看到图中，并没有一根线将 addNum 与 addnum 进行绑定，addnum使用只是 addNum 的副本

2.2 引用类型按值传递


当传递的是引用类型的时，传递和操作的目标时指向对象的地址，而传递的实际内容对地址的复制，由于地址指向的是实际参数的值，当方法对地址进行操作的时候，实际上操作的地址所指向的实际值，当调用方法之后，实参也会被修改

1. public class RefClass
2. {
3.     public int addNum;
4. }
6. class Program {
7.     static void Main(string[] args) {
8.         Console.WriteLine("引用类型按值传递的情况");
9.         RefClass refClass = new RefClass();
10.   
11.         refClass.addNum = 1;
12.         AddRef(refClass);
14.         Console.WriteLine("调用方法之后，实际参数的值:"+refClass.addNum);
15.         Console.Read();
16.     }
18.     private static void AddRef(RefClass addnumRef) {
19.         addNumRef.addNum += 1;
20.         Console.WriteLine("方法中的addNum值:"+addNumRef.addNum);
21.     }
23. }

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2.3 string引用类型参数按值传递的特殊情况


虽然string类型也是引用类型，但是它按值传递，传递的参数斌不会因为方法中的形参改变而修改
这个特殊情况是因为string具有不变性，一旦string类型被赋值之后，则它就是不可改变的，即不能通过代码修改它

2.4 值类型和引用类型的按引用传递


不管是值类型还是引用类型，都可以使用 ref 或 out 关键字来实现参数按引用传递，并且按引用进行传递的时候，方法的定义和调用都必须是显式的使用 ref 或 out 关键字，不可省略
按引用传递时，不管是值类型，还是引用类型，本质都一样是告诉编译器，方法传递的是参数地址，而非参数本身

1. class Program
2. {
3.     static void Main(string[] args)
4.     {
5.         // num 作为实际参数
6.         int num = 1;
7.         // refStr 是引用类型实参
8.         string refStr = "Old string";
9.   
10.         // 值类型按引用传递
11.         ChangeByValue(ref num);
12.         Console.WriteLine(num);
13.   
14.         // 引用类型按引用传递
15.         ChangeByRef(ref refStr);
16.         Console.WriteLine(refStr);
18.         Console.Read();
19.   
20.     }
22.     private static void ChangeByValue(ref int numValue)
23.     {
24.         numValue = 10;
25.         Console.WriteLine(numValue);
26.     }
28.     private static void ChangeByRef(ref string numRef)
29.     {
30.         numRef = "new string";
31.         Console.WriteLine(numRef);
32.     }
33. }

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来源:https://www.cnblogs.com/trueasureyuki/archive/2023/07/19/17565457.html
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