2.3 值类型和引用类型

本节简要讨论了为了深入更高版本C#的世界，C# 1的哪些主题的基本元素是必须理解的。

先来看看在现实世界和在.NET中，值类型和引用类型的基本差异是如何自然体现的。

2.3.1 现实世界中的值和引用

假定你在读一份非常棒的东西，希望一个朋友也去读它。你需要为朋友提供什么才能让他读到文档，这完全取决于阅读的内容。

报纸与值类型

先假设你正在读的是一份真正的报纸。为了给朋友一份，需要影印报纸的全部内容并交给他。届时，他将获得属于他自己的一份完整的报纸。

在这种情况下，我们处理的是值类型的行为。所有信息都在你的手上，不需要从任何其他地方获得。制作了副本之后，你的这份信息和朋友的那份是各自独立的。可以在自己的报纸上添加一些注解，他的报纸根本不会改变。

网址与值类型

再假设你正在读的是一个网页。你需要给朋友的就是网页的URL。这是引用类型的行为，URL代替引用。为了真正读到文档，必须在浏览器中输入URL，并要求它加载网页来导航引用。

另一方面，假如网页由于某种原因发生了变化，你和你的朋友下次载入页面时，都会看到那个改变。

在C#和.NET中，值类型和引用类型的差异与现实世界中的差别类似。

谁是值类型或引用类型

.NET中的大多数类型都是引用类型，除了以下总结的特殊情况，类是引用类型，而结构是值类型。特殊情况包括如下方面：

①数组类型是引用类型，即使元素类型是值类型（所以即便 int 是值类型， int[] 仍是引用类型）；

②枚举（使用 enum 来声明）是值类型；

③委托类型（使用 delegate 来声明）是引用类型；

④接口类型（使用 interface 来声明）是引用类型，但可由值类型实现。

理解了引用类型和值类型的基本概念之后，接着要探讨几个最重要的细节。

2.3.2 值类型和引用类型基础知识

学习值类型和引用类型时，要掌握的重要概念是一个特殊表达式的值是什么。为使问题更加具体，我们使用了表达式最常见的例子——变量。但同样的道理也适用于属性、方法调用、索引器（indexer）和其他表达式。

表达式的值

值类型：表达式的值就是表达式的值

前面节说过，大多数表达式都有与其相关的静态类型。对于值类型的表达式，它的值就是表达式的值，这很容易理解。例如，表达式“2+3”的值就是5。

引用类型：表达式的值是一个引用

对于引用类型的表达式，它的值是一个引用，而不是该引用所指代的对象。所以表达式 String.Empty 的值不是一个空字符串——而是对空字符串的一个引用。

二者在内存中的区别

存储了两个整数 x 和 y 的一个 Point 类型，它的一个构造函数能获得两个值。

这个类型可以实现为结构或类。图2-3展示了执行下面两行代码的结果：

Point p1 = new Point(10, 20);
Point p2 = p1;

图2-3左边的部分指出当 Point 是一个类（引用类型）时所涉及的值，右边的部分展示了当Point 是一个结构（值类型）时的情形。

在两种情况下， p1 和 p2 在赋值后都有相同的值：

①在 Point 是引用类型的情况下，那个值是引用： p1 和 p2 都引用同一个对象。

②在 Point 是值类型的情况下， p1 的值是一个“点”的完整的数据，也就是这个“点”的 x 和 y 值。将 p1 的值赋给 p2 ，会复制 p1 的所有数据。

变量的值在它声明时的位置存储

局部变量的值总是存储在栈（stack）中，实例变量的值总是存储在实例本身存储的地方。引用类型实例（对象）总是存储在堆（heap）中，静态变量也是。

我的理解是：值类型的实例在栈上，那么值类型的实例变量就在栈上，引用类型的实例在堆里，引用类型的实例变量也就在堆里，静态变量和实例变量是一个道理。程序开始运行时，会用到的局部变量都会保存在栈上，至于这个变量是值类型实例还是引用类型实例——无所谓，他都在栈上。没有在代码想中声明实例，实例字段就不会创建，实例字段和局部变量在概念上的差别一定要理解、分清。

值类型不可以派生出其他类型

这将导致的一个结果就是，值不需要额外的信息来描述值实际是什么类型。

把它同引用类型比较，对于引用类型来说，每个对象的开头都包含一个数据块，它标识了对象的实际类型，同时还提供了其他一些信息。

永远都不能改变对象的类型，强制转换改变的是引用的类型

执行简单的强制类型转换时，运行时会获取一个引用，检查它引用的对象是不是目标类型的一个有效对象。如果有效，就返回原始引用，否则抛出异常。

引用本身并不知道对象的类型——所以同一个引用“值”可用于（引用）不同类型的多个变量。例如下面的代码：

Stream stream = new MemoryStream();
MemoryStream memoryStream = (MemoryStream) stream;

第1行创建一个新的 MemoryStream 对象，并将 stream 变量的值设为对那个新对象的引用。

第2行检查 stream 的值引用的是不是一个 MemoryStream （或派生类型）对象，并将MemoryStream 的值设为相同的值。

2.3.3 走出误区

本节将处理一些典型错误，解释真实的情况到底是什么。

误区1：“结构是轻量级的类”

使用值类型不取决于类型是否简单

有人认为值类型不能或不应有方法或其他有意义的行为，它们应作为简单的数据转移类型来使用，只应该有 public 字段或简单的属性。

一个非常典型的反例就是 DateTime 类型：它作为值类型来提供是很有道理的，因为它非常适合作为和数字或字符相似的一个基本单位来使用。另外，它也理应被赋予对它的值执行计算的能力。

总之，具体应该如何决定，应取决于需要的是值类型的语义，还是引用类型的语义，而不是取决于这个类型简单与否。

使用值类型不一定更节省性能

还有一些人认为值类型节省性能，因为它们不需要垃圾回收，除非被装箱，不会因类型标识而产生开销，也不需要解引用。

但在其他方面，引用类型显得更轻。在传递参数、赋值、将值返回和执行类似的操作时，只需复制4或8字节，而不是复制全部数据。

性能问题都不是根据这种判断来决定的。瓶颈从来都不是想当然的，根据性能进行设计之前，需要衡量不同的选择。

误区2：“引用类型保存在堆上，值类型保存在栈上”

第一部分是正确的——引用类型的实例总是在堆上创建的。

但第二部分就有问题了。前面讲过，变量的值是在它声明的位置存储的。

所以，假定一个类中有一个 int 类型的实例变量，那么在这个类的任何对象中，该变量的值总是和对象中的其他数据在一起，也就是在堆上。只有局部变量（方法内部声明的变量）和方法参数在栈上。

对于C# 2及更高版本，很多局部变量并不完全存放在栈中，第5章中的匿名方法会讲到这一点。

 这些概念符合现实吗？

一个较有争议的说法是：写托管代码时，应该让运行时去操心内存的最佳使用方式。事实上，在语言规范中，并没有对什么东西应该存储在什么地方做出硬性规定。在未来的某个版本的运行时中，也许会允许在栈上创建一些对象（前提是运行时知道这样可行）。又或者，C#编译器能生成几乎完全用不到栈的代码。

 下一个误区是由于对术语的理解出现了偏差。

误区3：“对象在C#中默认是通过引用传递的”

CLR默认所有方法参数都传值。

值传递值类型

拷贝值类型的值给栈上的局部变量，修改局部变量不影响原值。

值传递引用类型

拷贝引用类型的值（引用）给栈上的局部变量，在方法里修改局部变量指向的堆中的对象，原值（引用）和其指向的是同一个对象，所以都会改变。

但修改方法里的局部变量为null，只是使该引用指向null，不会对对象造成影响。

引用传递值类型

创建在栈上一个局部变量（引用），其指向栈上的原值的地址，在方法里修改局部变量和值传递引用类型是一样的。

引用传递引用类型

仅当方法返回对方法知道的一个对象的引用时，为引用类型使用out和ref才有意义。

CLR via C#对此做了更好的解释，详情访问我在学习CLR via C#是关于值传递和引用传递的笔记博客

https://www.cnblogs.com/errornull/p/9822570.html

许多人对于装箱和拆箱的理解也存在一定的误区，下一节将对此加以澄清。

 2.3.4 装箱和拆箱

C#和.NET提供了一个名为装箱（boxing）的机制，它允许根据值类型创建一个对象，然后使用对这个新对象的一个引用。

在接触实际的例子之前，先来回顾两个重要的事实：

①对于引用类型的变量，它的值永远是一个引用；

②对于值类型的变量，它的值永远是该值类型的一个值。

基于这两个事实，下面3行代码第一眼看上去似乎没有太多道理：

int i = 5;
object o = i;
int j =(int) o;

装箱和拆箱的过程

这里有两个变量： i 是值类型的变量， o 是引用类型的变量。

o 的值必须是一个引用，而数字5不是引用，它是一个整数值。实际发生的事情就是装箱。

运行时将在堆上创建一个包含值（5）的对象（它是一个普通对象）。o 的值是对该新对象的一个引用。该对象的值是原始值的一个副本，改变 i 的值不会改变箱内的值。

第3行执行相反的操作——拆箱。

必须告诉编译器将 object 拆箱成什么类型。如果使用了错误的类型（比如 o 原先被装箱成 unit 或者 long ，或者根本就不是一个已装箱的值），就会抛出一个 InvalidCastException 异常。

同样，拆箱也会复制箱内的值，在赋值之后， j 和该对象之间不再有任何关系。

另外，将值作为接口表达式使用时——把它赋给一个接口类型的变量，或者把它作为接口类型的参数来传递——也会发生装箱。例如， IComparable x = 5; 语句会对数字5进行装箱。

装箱和拆箱影响性能

之所以要留意装箱和拆箱，是由于它们可能会降低性能。一次装箱或拆箱操作的开销是微不足道的，但假如执行千百次这样的操作，那么不仅会增大程序本身的操作开销，还会创建数量众多的对象，而这些对象会加重垃圾回收器的负担。

CLR via C#对此做了更多的解释，详情访问我在学习CLR via C#是关于值类型的装箱和拆箱的笔记博客

https://www.cnblogs.com/errornull/p/9744474.html

2.3.5 值类型和引用类型小结

本节讨论了值类型和引用类型的差异，还澄清了围绕它们存在的一些误区。下面是一些要点。

①对于引用类型的表达式（如一个变量），它的值是一个引用，而非对象。

②引用就像URL——是允许你访问真实信息的一小片数据。

③对于值类型的表达式，它的值是实际的数据。

④有时，值类型比引用类型更有效，有时恰好相反。

⑤引用类型的对象总是在堆上，值类型的值既可能在栈上，也可能在堆上，具体取决于上下文。

⑥引用类型作为方法参数使用时，参数默认是以“值传递”方式来传递的——但值本身是一个引用。

⑦值类型的值会在需要引用类型的行为时被装箱；拆箱则是相反的过程。

既然我们已经讨论了你需要适应的C# 1的所有特性。接着简单看一下每个特性在更高版本的C#中得到了哪些增强。

C# in Depth学习笔记-值类型和引用类型

原文：https://www.cnblogs.com/errornull/p/10022846.html