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1、 1 / 16 C# 类型基础C# 类型基础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。于是我干脆新起一篇，从最基础的类型开始自底向上写起了。我仅仅想将对于这个主题的理解表述出来，一是总结和复习，二是交流经验，或许有地方我理解的有偏差，希望指正。
2、如果前面基础的内容对你来说过于简单，可以跳跃阅读。值类型 和 引用类型我们先简单回顾一下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
3、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)是一种后进先出的数据结构，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
4、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) this.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)。NOTE：如果观察MSIL代码，会发现此时变量还没有被压到栈上，因为.max
5、stack(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 10NOTE：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Cons
6、ole.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：ValPo
7、int 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
8、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: nopIL_0001: ldloca.s CS$0$0000 / 将临时变量压栈IL_0003: initobj Prot
9、otype.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vPointIL_0000: nopIL_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
10、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: nopIL_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
11、。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实例的地址。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; publi
12、c 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：1.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。2.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。)3.调用该类型的构造函数。4.返回该实例的引用(内存地址)，赋值给rPo
13、int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(
14、)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：1.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。2.将 堆栈上 值类型变量的值拷贝到 堆上的对象 中。3.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 hideby
