C#基礎之基本類型

本絲花了近半年，終於將《CLR Via C#》這本書看完了（請不要BS本人的看書速度T_T），這確實是一本好書，大大們推薦的果然值得一讀。

雖然很多東西還沒有盡得其要，我常想在自己深刻掌握了某個知識點後再總結分享出來（不知道大家是不是這個心理），但現在我覺得應該在一個人成長的過程中就去做這件事情，所以有了本篇不成文的總結，文中知識點大量來自《CLR Via C#》這本書，在此對作者及翻譯者表示感謝！另文中如有錯誤的地方，歡迎大家指出！

術語解釋：

CLR: 通用語言執行平台（Common Language Runtime)

FCL:Framework類庫（Framework Class Library）

IL: 中繼語言（Intermediate Language）

類型基礎

 CLR要求所有的類型最終都是從System.Object派生的。這符合在物件導向的語言和設計中，一切皆為對象！

，我們可以看到，顯式從System.Object派生的類ExplicitlyDerivedFromObject和沒有顯式指定其父類的類ImplicitlyDerivedFromObject，最終產生的IL中間都是一致的。如果我們沒有指定一個類的父類，編譯器會自動為我們的類加上System.Object父類。

基元類型

編譯器直接支援的資料類型稱為基元類型（Primitive type），每種基元類型都對應FCL中的某一類型。如下表格所示每種基元類型與對應的FCL類型：

我們也可以簡單理解成，編譯器會自動在我們的每個源碼檔案中，加上以下using指令（using在此的作用是給類型起一個別名）：

using int = System.Int32;using string = System.String;……

理解了這一點，我們應該能知道在我們的代碼中，寫int還是Int32，用string還是用String本質上是一樣的！從下面兩種不同的寫法產生的IL代碼來看，結果也是符合預計的。

我們還應該知道，C#中的int永遠是代表32位整型，long永遠是64位整型等。這一點和其他程式設計語言可能是不一致的（比如C/C++可能會根據機器平台決定，比如int在16位機器上可能是16位，而在32位機器上可能是32位。對於C/C++本人早已記憶模糊，這裡如果有錯誤，請指出！）。

參考型別、實值型別

CLR支援兩種類型：參考型別和實值型別，它們的區別是在記憶體配置方式上的差異：參考型別是從託管堆上分配的；實值型別是線上程棧上分配的。而CLR的記憶體回收是針對託管堆的，因此實值型別不受記憶體回收行程的控制。

在FCL中，所有稱為“結構”（struct）的類型都是實值型別，所有稱為“類”（class）的類型都是參考型別。所有的Struct都直接派生自抽象類別System.ValueType，而System.ValueType直接從System.Object派生。所有的枚舉都直接從System.Enum派生，而後者又派生自System.ValueType，所以枚舉也是實值型別。由於CLR的單繼承規則，所以我們在定義實值型別時，不能指定基底類型，但可以實現介面。同時從產生的IL也可以看出，實值型別是隱式密封的（sealed），也就是說也不能從實值型別派生。

雖然參考型別與實值型別實質只是記憶體配置上的差異，但這種差異會導致兩種類型在行為表現上有著明顯不同，比如下面的例子：

    struct ValType { public int x;}    class RefType { public int x;}    class Program    {        static void Main(string[] args)        {            ValType v1 = new ValType(); //在棧上分配記憶體            RefType r1 = new RefType(); //在堆上分配記憶體            v1.x = 2;            r1.x = 2;            //執行到這裡，記憶體結構請見圖1            Console.WriteLine(v1.x);   //2            Console.WriteLine(r1.x);   //2            ValType v2 = v1;    //在棧上分配記憶體（v2），並把v1棧的內容複寫到v2            RefType r2 = r1;    //把r1的堆地址複製給r2            v2.x = 5;   //只改變v2棧的內容            r2.x = 5;   //由於r2和r1都引用同一個堆上的對象，改變r2也會改變r1            //執行到這裡，記憶體結構請見圖2            Console.WriteLine(v1.x);    //2            Console.WriteLine(r1.x);    //5 注意這裡變成了r2修改後的值            Console.WriteLine(v2.x);    //5            Console.WriteLine(r2.x);    //5            Console.ReadKey();        }    }

首先我們定義一個一實值型別與一個參考型別，內部都只有一個欄位。用new操作符分配記憶體時，實值型別v1的記憶體配置在了線程棧上，參考型別r1的記憶體配置在了託管堆上，在程式運行到第一次WriteLine輸出時，看到的結果是一致的。但接下來聲明兩個新的對象並執行賦值時，這裡的發生的事明顯不同：雖然賦值操作都是拷貝線程棧上變數的內容，但由於實值型別變數v1的棧內容就是ValType類型執行個體本身，而參考型別r1的棧內容是RefType對象執行個體在堆上的地址。所以賦值後的結果就是，v1和v2各儲存了一份ValType類型執行個體，而r1和r2儲存了同一塊堆記憶體的地址。所以改變r2對象導致了r1對象的隨同改變。下面是記憶體：

 

圖1

 

圖2 

雖然實值型別執行個體不需要記憶體回收，但由於實值型別在傳遞時，傳遞的是內容本身，所以並不適合將所一些執行個體較大的類型定義為實值型別。實現上除非滿足以下所有條件，否則不應該將一個型別宣告為實值型別。

• 沒有更改其欄位的成員，即該類型是不可變的。（建議所有欄位為readonly）
• 類型不需要從其他任何類型繼承。（實值型別不能選擇基類）
• 類型也不會派生出其他任何類型。（所有的實值型別都是隱式密封sealed的）
• 執行個體較小（約<=16Byte）或較大但不作為方法實參傳遞，也不從方法返回。

實值型別的裝箱與拆箱

將實值型別轉換成一個參考型別的過程叫裝箱，整個過程看起來是這樣的：

1. 在託管堆中分配好記憶體，分配的記憶體量=實值型別的各個欄位所需的記憶體量+所有堆上對象都有的兩個額外成員（類型對象指標和同步塊索引）所需的記憶體量。
2. 實值型別的欄位複製到新分配的記憶體。
3. 返回對象的地址。

拆箱僅是擷取一個指標的過程，該指標指向包含在一個對象中的原始實值型別（資料欄位）。雖然拆箱比裝箱代價低，但實際在拆箱之後往往緊接著就是賦值操作（記憶體複製）。顯然裝箱和拆箱/複製會對應用程式的速度與記憶體消耗上產生不利影響，所以應該瞭解到這一點，並盡量避免裝箱和拆箱操作。那麼什麼時候會發生裝箱和拆箱，最直觀的方法就是看產生的IL代碼（IL對應指令是分別是box與unbox），比如下面的例子：

樣本中ArrayList的Add方法參數是Object類型，也就是說一個參考型別（在堆上分配的記憶體），當我們傳遞int類型時，這裡便會將int執行個體裝箱，以返回一個堆上的地址。在將array[0]強制轉型為int時，由於實值型別int的對象是線上程棧上分配的，所以這裡拆箱並緊接著發生賦值（記憶體複製）操作。同時為了對比，我加了參考型別的reference，可以看出參考型別是不會發生裝箱與拆箱的。

那麼如何避免（或減少）裝箱與拆箱：

• 盡量使用泛型集合。
• 盡量將裝箱與拆箱操作移到迴圈體之外。
• 定義一個方法如果可接收參考型別或實值型別時，盡量不要將參數定義為object，可以考慮通過重載定義多個版本或定義泛型方法。

總結

本文只能算是對自己看書的一點小結，分享出來的目的一是希望如果對某些知識理解有誤，能及時得到大家指正；同時如果您感覺這篇博文有一點小价值，那我的第二個目的也就達到了。