C#—-實值型別與參考型別

     要瞭解一門程式設計語言，首先就要瞭解它的類型。我們知道，C#一共分為兩大類型：實值型別和參考型別，但實值型別並不單純是我們java中的基礎資料型別 (Elementary Data Type)那麼簡單，有關於是否使用實值型別還是個值得討論的問題：因為裝箱機制。C#的實值型別還能夠自訂方法，甚至能夠實現參考型別的介面類型！這已經超出了我的想象範圍了！

    先來點基礎的東西:

基本內容.

     文檔是我們學習的好幫手，在C#的文檔中，我們必須注意，凡是參考型別的，名字都是"xx類",凡是實值型別的，就叫"xx結構"或"xx枚舉"。

     很多時候，我們的初始化操作的右值是運算式。如果左值是實值型別，那麼它的值就是運算式的值，但如果是參考型別，則是一個引用，並不是該引用指向的對象(學過java，所以對這現象非常熟悉)，所以，在C#中，String.Empty的值不是一個Null 字元串，而是對Null 字元串的引用。

     聲明一個變數，除了它的類型資訊外，最重要的就是值的儲存地點。變數的值一般是在它聲明時的位置儲存的，而執行個體變數的值儲存在執行個體本身儲存的地方，參考型別和靜態變數則儲存在堆中。

     也許我們會以為，實值型別一定在棧(stack,有些地方叫線程棧)上，參考型別一定在堆(heap,有些地方叫託管堆)上，其實這是錯誤的，實值型別也可以在堆上，像是前面講過的，變數的值儲存在它聲明的地方，如果我的實值型別是在一個參考型別中聲明的，那麼該實值型別就是在堆上。方法參數一定是在棧(方法是用棧幀儲存它的資訊)上，但局部變數不一定，它也可以是在堆上(讓我們想想匿名方法，如果它捕獲了一個外部變數，該變數就會作為隱藏委託類型而儲存在堆上)。好了，一個潛在的想法出現了：如果一個參考型別儲存在實值型別中，像是結構中，會怎麼樣呢？參考型別的資料依然儲存在堆中，但它的引用儲存在棧上，因為實值型別也只擁有它的引用而已。

     實值型別不能派生出其他類型，因為它是隱式密封(sealed)的，所以它並沒有參考型別執行個體對象開頭的額外資訊(用於標識對象的實際類型和其他資訊)，即類型對象指標和同步塊索引。這些額外資訊並不能修改，所以我們永遠也不能修改對象的類型，但我們可以轉換為其他類型。執行強制類型轉換時，我們會擷取一個引用，該引用會檢查它引用的對象本身是否是該目標類型的有效對象，若是，返回該引用並賦給目標類型，否則拋出異常。引用並不清楚它實際引用的對象的類型，所以我們的引用可以指向其他類型。

    基礎的東西講完後，就應該講講一些不一樣的東西(雖然大部分很多人都已經非常熟悉了)。細節不討論，只是單單從幾個話題出發並做一下延伸。

話題1:結構是輕量級的類

      結構雖然是實值型別，但它可以定義屬性和方法，類的行為它都具備，加上它是實值型別，比起參考型別來說，對記憶體更加友好。所以，就有一種說法：結構是輕量級的類。這種說法見仁見智，實值型別的確是"輕":不需要記憶體回收(不在堆上分配)，不會因類型標識而產生開銷(沒有類型對象指標和同步塊索引)，而且不需要取值這一步操作(參考型別的欄位一般都是私人的，我們只能通過訪問器getter取得其值)。但參考型別也有它的好處：在執行傳參，賦值，傳回值等類似操作時，只需要賦值4或8位元組(具體得看CLR)，因為我們傳遞的只是一個引用(我想說指標，但又覺得不合適，從來就沒有任何一種說法認為引用就等同於指標，雖然CLR的引用的確是一個地址，但CLR強調，它們是引用)，而不是複製所有資料。這點在容器那裡非常好用，像是List，如果容量很大，那這個傳參動作就太可怕了。

    實值型別也並不總是對記憶體友好，因為隱式的裝箱機制，會使某些情況像是迴圈等，使用實值型別會造成可怕的負擔。C#中的實值型別使用起來並不像java的基礎資料型別 (Elementary Data Type)那麼簡單(java並沒有隱式的裝箱機制，基礎資料型別 (Elementary Data Type)不可能直接轉換為類)，除非是以下幾種情況，我們才能放心使用實值型別：

    1.實值型別是不可變(immutable)的，即該類型沒有提供任何方法來修改它的欄位。要做到這點，我們必須將實值型別的所有欄位都設定為readonly(唯讀)。這主要針對結構這種封裝其他實值型別的實值型別。

   2.類型的執行個體較小(小於16位元組)，因為按值傳遞需要複製欄位，但類型執行個體較大以致不可能作為實參傳遞，也不可能作為傳回值的話，也可以考慮使用實值型別。

   就算滿足上面的條件，我們也必須考慮到實值型別的缺點(裝箱機制不在列表中，因為這個話題前面已多次提醒了):

   1.實值型別繼承自System.ValueType，該類除了提供與System.Object一樣的方法外，還做了一個動作:覆寫了Equals()方法和GetHashCode()方法(實值型別的比較需要考慮到它的欄位，但預設的比較是引用)，而預設的實現存在效能問題。我們不能苛求設計者能夠考慮到所有情況，所以，大部分情況都要我們自己覆寫這兩個方法(這個問題不知道是不是從java而來，java也存在這樣的問題)。

   2.實值型別可以有自己的方法，但它不能派生也不能繼承(雖然能實現介面)，因此它不能含有虛方法，所有方法也是不可覆寫的。

   3.參考型別的預設值是null，但我們引用一個null的參考型別時會拋出異常:NullReferenceException，但實值型別預設值是0，並不會拋出異常。CLR為了彌補這點，提供了可空性(nullability)標識---可空類型(nullable)。

   4.實值型別之間的相互賦值，會導致欄位的複製，但參考型別只是複製引用。

  5.實值型別並不在堆上分配，所以當它被銷毀時，不會通過Finalize方法接到一個通知(這點在有些地方很重要，這時就需要裝箱)。

  看了以上的討論，相信對使用實值型別是有點怕怕的：自己是否用錯了呢？程式員是不需要顧慮那麼多的，寫代碼最主要是能夠表達清楚自己的意圖，至於效能這方面，是可以在後期進行重構和最佳化的。

話題2:對象在C#中預設是通過引用傳遞

     引用傳遞(pass by reference)的定義非常複雜，百度百科的解釋是這樣的:可以將一個變數通過引用傳遞給函數，這樣該函數就可以修改其參數的值，而引用的解釋就是某一變數的一個別名，對引用的操作與對變數直接操作完全一樣(很多人都說java是按引用傳遞，其實這種說法是不嚴謹的，嚴格意義上是傳遞引用對象地址值的按值傳遞)。如果我們以按引用傳遞的方式傳遞變數，那麼調用的方法可以通過更改其參數值，來改變調用者的變數值。但C#中參考型別變數的值雖然叫引用，但不是對象本身，它更接近於指標。

      就算是傳參，有些情況也不能修改它的值：

class Program    {        public static void Main(String[] args)        {            String builder = "hello";            Show(builder);            Console.WriteLine(builder);        }        static void Show(String str)        {            str = "word";            Console.WriteLine(str);        }    }

       在Show()方法裡，修改的只是builder的一個副本。當然，String雖然是參考型別，但它是不可變的。我們來傳一個真正的參考型別:

 class Program    {        public static void Main(String[] args)        {            People people = new People();            Show(people);            Console.WriteLine(people.name);        }        static void Show(People people)        {            people.name = "男人";        }    }    public class People    {        public String name = "人";    }

        這裡我們看到，欄位name改變了。

       很困惑吧？為什麼還說C#是按值傳遞呢？C#中，參考型別作為方法參數確實是按"值"傳遞，因為參考型別的值是引用，而該引用是一個地址值，相當於指標(只是相當於，並不等於)。真正的引用傳遞的就是對象本身，因為引用本身就是對象的別名，但C#是不會傳遞對象本身的。

      這個問題非常讓人糾結，尤其是CLR採取了引用這個說法，使得我們更加困擾了。

       C#的實值型別非常奇怪，我們甚至可以用new來聲明：

int number = new int();number = 5;

      這並沒有錯，但剛從java中跳出來的我非常驚訝!

     C#編譯器是很聰明的，它知道number是一個實值型別，因為它並沒有類型對象指標，於是在棧上為它分配記憶體，然後確保所有欄位都初始化為0。這樣的動作就算不用new也行：

int number;

    但是用new，編譯器就認為該執行個體已經初始化了，而上面的情況如果我們為它賦值就會發生錯誤。所以，聲明一個實值型別最好就是為它進行初始化，哪怕只是預設值。

    關於這方面的討論，很多時候我都有心無力，畢竟自己這個初學者要想啃下CLR，難度很大，有什麼不對的地方還請見諒。