- 從零開始學(xué)C#
- 劉亮亮等編著
- 1629字
- 2018-12-27 12:54:36
第3章C#中的引用類型和值類型
數(shù)據(jù)類型是.NET最基本的構(gòu)成元素，數(shù)據(jù)類型是該平臺(tái)下的C#開發(fā)語(yǔ)言的基本組成。每一個(gè)變量都要求定義為一個(gè)特定的類型，并且要求存儲(chǔ)在變量中的值只能是這種類型的值。變量既能保存值類型，也可以保存引用類型，還可以是指針。其中引用類型和值類型是.NET中最基本的數(shù)據(jù)類型。
3.1 引用類型和值類型簡(jiǎn)介
CLR（公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)）為.NET平臺(tái)提供了一個(gè)運(yùn)行環(huán)境，CLR支持兩種類型：引用類型和值類型。在.NET中的變量的類型通常是引用類型或者值類型。其中值類型包括：基元類型、枚舉和結(jié)構(gòu)。引用類型包括：類、字符串、標(biāo)準(zhǔn)模塊、接口、數(shù)組和委托。CLR中的數(shù)據(jù)類型示意圖如圖3-1所示。
圖3-1 CLR類型結(jié)構(gòu)
3.2 引用類型
C#預(yù)定義的引用類型包括object和string兩種類型。而用戶定義的引用類型可以是接口類型、類類型和委托類型。引用類型實(shí)例總是從托管堆上分配，引用類型實(shí)例內(nèi)存的回收通過垃圾收集器。
3.2.1 引用類型內(nèi)存分配
引用類型實(shí)例分配在托管堆上，變量保存了實(shí)例數(shù)據(jù)的內(nèi)存引用。引用類型可以是自描述類型、指針類型或接口類型。而自描述類型進(jìn)一步細(xì)分成數(shù)組和類類型。類類型則可以是用戶定義的類、裝箱的值類型和委托。通常聲明為以下類型：class、interface、delegate、object、string及其他的自定義引用類型時(shí)，該變量即為引用類型。
在C#中有以下一些常用引用類型。
? 數(shù)組：（派生于System.Array）；
? 指針：Indicator（指針）；
? 接口：interface（接口）。
用戶使用定義的以下類型。
? 類：class（派生于System.Object）；
? 委托：delegate（派生于System.Delegate）。
? object（System.Object的別名）；
? 字符串：string（System.String的別名）。
【實(shí)例3-1】本例將創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，當(dāng)用戶輸入自己的名字后，顯示“歡迎**使用C# 4.0開發(fā)平臺(tái)！”。
（1）創(chuàng)建控制臺(tái)應(yīng)用程序啟動(dòng)Visual Studio 2010，選擇“文件”→“新建”命令，在“項(xiàng)目”選項(xiàng)卡中選擇“控制臺(tái)應(yīng)用程序”，創(chuàng)建一個(gè)名稱為“3.1”的控制臺(tái)應(yīng)用程序，如圖3-2所示。
圖3-2 創(chuàng)建3.1的項(xiàng)目
（2）編寫字符串引用類型的代碼，如下所示：
01 static void Main(string[] args)
02 {
03 string yourname; //字符串引用類型變量
04 Console.WriteLine("請(qǐng)輸入您的昵稱！");
05 string name = Console.ReadLine();
06 yourname = NewStr(name);
07 Console.WriteLine(yourname);
08 Console.ReadLine();
09 }
10
11 public static string NewStr(string yourname) //公共靜態(tài)字符函數(shù)
12 {
13 string newstr; //字符串引用類型變量
14 newstr = "歡迎" + yourname + "使用C# 4.0開發(fā)平臺(tái)！";
15 return newstr;
16 }
【代碼解析】第11～15行創(chuàng)建公共靜態(tài)字符函數(shù)NewStr()。
【運(yùn)行效果】代碼編寫完成之后，按“F5”鍵或者單擊工具欄中的“啟動(dòng)調(diào)試”按鈕，當(dāng)用戶輸入“FREEMEN”后，按“Enter”鍵，顯示結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。
圖3-3 運(yùn)行結(jié)果
引用類型事實(shí)上保存一個(gè)指向它引用的對(duì)象的內(nèi)存地址。上面的代碼段中有兩個(gè)字符串變量（yourname和newstr）引用了同一個(gè)string對(duì)象。改變某一個(gè)引用指向的對(duì)象的屬性同時(shí)也會(huì)影響所有其他指向這個(gè)對(duì)象的引用。當(dāng)字符串newstr發(fā)生變化時(shí)，字符串yourname也跟著發(fā)生變化。產(chǎn)生這種行為的原因是由于string對(duì)象是恒定的，也就是說(shuō)，一旦一個(gè)string對(duì)象被創(chuàng)建，它的值就不能再修改，所以當(dāng)改變一個(gè)字符串變量的值的時(shí)候，僅僅是新創(chuàng)建了一個(gè)包含修改內(nèi)容的新的string對(duì)象。
3.2.2 引用類型賦值
引用類型賦值時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)該堆上同一個(gè)對(duì)象的新引用。下面將以引用類型中的class類型為例，實(shí)現(xiàn)引用類型的賦值及原始值的覆蓋。
【實(shí)例3-2】本節(jié)將創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)引用類型的賦值及原始值的覆蓋。
（1）創(chuàng)建控制臺(tái)應(yīng)用程序啟動(dòng)Visual Studio 2010，選擇“文件”→“新建”菜單命令，在“項(xiàng)目”選項(xiàng)卡中選擇“控制臺(tái)應(yīng)用程序”，創(chuàng)建一個(gè)名稱為“3.2”的控制臺(tái)應(yīng)用程序。
（2）編寫Person類代碼，并在Program類中實(shí)現(xiàn)引用類型的賦值，代碼如下：
01 class Person
02 {
03 public string fullName; //聲明引用類型的字符變量
04 public int age; //聲明int變量
05 public Person(string n, int a) //定義Person
06 {
07 fullName = n;
08 age = a;
09 }
10 public void PrintInfo() //輸出
11 {
12 Console.WriteLine("{0} 的年齡是 {1} 歲", fullName, age);
13 }
14 }
15 class Program
16 {
17 public static void ArrayOfObjects(params object[] list) //數(shù)組對(duì)象操作方法
18 {
19 for (int i = 0; i < list.Length; i++) //使用循環(huán)操作
20 {
21 if (list[i] is Person)
22 {
23 ((Person)list[i]).PrintInfo();
24 }
25 else
26 Console.WriteLine(list[i]);
27 }
28 Console.WriteLine();
29 }
30 public static void SendAPersonByValue(Person p)
31 {
32 //為age賦值
33 p.age = 99;
34 p = new Person("張三", 999); //實(shí)例化Person
35 }
36 public static void SendAPersonByReference(ref Person p)
37 {
38 //修改age值
39 p.age = 555;
40 p = new Person("張三", 999) ; //實(shí)例化Person
41 }
42 public static void Main()
43 {
44 Console.WriteLine("***** 為Person類設(shè)置一個(gè)新的引用類型值*****");
45 Person fred = new Person("李四", 12);
46 Console.WriteLine("值被覆蓋前的person對(duì)象是：");
47 fred.PrintInfo();
48 SendAPersonByValue(fred);
49 Console.WriteLine("值被覆蓋前的person對(duì)象是：");
50 fred.PrintInfo(); //年齡的更改會(huì)有效果，但是重新賦值不會(huì)起效
51 Console.WriteLine("\n***** 通過person對(duì)象參考 *****");
52 Person mel = new Person("王五", 23);
53 Console.WriteLine("值被覆蓋前的person對(duì)象是：");
54 mel.PrintInfo();
55 SendAPersonByReference(ref mel);
56 Console.WriteLine("值被覆蓋前的person對(duì)象是：");
57 mel.PrintInfo(); //被重新賦予另外一個(gè)對(duì)象
58 Console.ReadLine();
59 }
60 }
【代碼解析】第1～14行創(chuàng)建Person類，在該類中完成年齡的定義、輸出。第17～29行使用數(shù)組對(duì)象操作方法操作Person類。第45行實(shí)例化Person類。
上面代碼完全是對(duì)同一Person對(duì)象的操作，被調(diào)用者可以改變對(duì)象的狀態(tài)數(shù)據(jù)的值和所引用的對(duì)象，可重新賦值。
【運(yùn)行效果】代碼編寫完成之后，按“F5”鍵或者單擊工具欄中的“啟動(dòng)調(diào)試”按鈕，顯示結(jié)果如圖3-4所示。
圖3-4 運(yùn)行結(jié)果
3.3 值類型
C#中值類型實(shí)例通常分配在線程的堆棧上，并且不包含任何指向?qū)嵗龜?shù)據(jù)的指針，因?yàn)樽兞勘旧砭桶似鋵?shí)例數(shù)據(jù)。在托管代碼中，類型決定了類型實(shí)例的分配位置，而使用類型的開發(fā)人員對(duì)此沒有控制權(quán)。值類型實(shí)例不受垃圾收集器的控制。
3.3.1 值類型內(nèi)存分配
值類型主要包括簡(jiǎn)單類型、結(jié)構(gòu)體類型和枚舉類型等。通常聲明為以下類型：int、char、float、long、bool、double、struct、enum、short、byte、decimal、sbyte、uint、ulong、ushort等時(shí)，該變量即為值類型。C#中的主要值類型如表3-1所示。
表3-1 值類型表
需要說(shuō)明，C#的所有值類型均隱式派生自System.ValueType，每種值類型均有一個(gè)隱式的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化該類型的默認(rèn)值。例如：
int i = new int();
//等價(jià)于：
Int32 i = new Int32();
//等價(jià)于：
int i = 0;
//等價(jià)于：
Int32 i = 0;
【實(shí)例3-3】本例將創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)值類型的操作。
（1）創(chuàng)建控制臺(tái)應(yīng)用程序。
啟動(dòng)Visual Studio 2010，選擇“文件”→“新建”菜單命令，在“項(xiàng)目”選項(xiàng)卡中選擇“控制臺(tái)應(yīng)用程序”，創(chuàng)建一個(gè)名稱為“3.3”的控制臺(tái)應(yīng)用程序。
（2）編寫值類型操作其本身的代碼，代碼如下：
01 static void Main(string[] args)
02 {
03 Console.WriteLine("所設(shè)置的Int類型的值是：");
04 Console.WriteLine(ReturnValue());
05 Console.ReadLine();
06 }
07 public class MyInt
08 {
09 public int MyValue; //聲明值類型變量MyValue
10 }
11
12 public static int ReturnValue() //靜態(tài)函數(shù)返回int值
13 {
14 MyInt x = new MyInt();
15 x.MyValue = 3;
16 MyInt y = new MyInt();
17 y = x;
18 y.MyValue = 4;
19 return x.MyValue; //返回int值
20 }
【代碼解析】第9行聲明值類型變量MyValue。第12～20行靜態(tài)函數(shù)ReturnValue()返回int值。第14行實(shí)例化MyInt類，并為該類的MyValue賦值。
【運(yùn)行效果】代碼編寫完成之后，按“F5”鍵或者單擊工具欄中的“啟動(dòng)調(diào)試”按鈕，顯示結(jié)果如圖3-5所示。
圖3-5 運(yùn)行結(jié)果
3.3.2 值類型賦值
值類型包括數(shù)值類型、枚舉和結(jié)構(gòu)，它們都分配在棧上，一旦離開定義的作用域，立即就會(huì)被從內(nèi)存中刪除。當(dāng)一個(gè)值類型賦值給另一個(gè)值類型的時(shí)候，默認(rèn)情況下完成的是一個(gè)成員到另一個(gè)成員的復(fù)制。就數(shù)值和布爾型而言，唯一要復(fù)制的就是變量本身的值。
值類型賦值的時(shí)候，是復(fù)制各個(gè)值到賦值目標(biāo)，實(shí)際上各自在棧中都有存在，對(duì)一個(gè)值的操作不會(huì)影響另一個(gè)。
【實(shí)例3-4】本例將創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，來(lái)說(shuō)明值類型賦值的時(shí)候，是復(fù)制各個(gè)值到賦值目標(biāo)，實(shí)際上各自在棧中都有存在，對(duì)一個(gè)值的操作不會(huì)影響另一個(gè)。
（1）創(chuàng)建控制臺(tái)應(yīng)用程序。
啟動(dòng)Visual Studio 2010，選擇“文件”→“新建”菜單命令，在“項(xiàng)目”選項(xiàng)卡中選擇“控制臺(tái)應(yīng)用程序”，創(chuàng)建一個(gè)名稱為“3.4”的控制臺(tái)應(yīng)用程序。
（2）代碼如下所示：
01 //定義一個(gè)結(jié)構(gòu)
02 struct MyPoint
03 {
04 public int x, y;
05 }
06 // 類將作為結(jié)構(gòu)使用
07 class ShapeInfo
08 {
09 public string infoString;
10 public ShapeInfo(string info)
11 { infoString = info; }
12 }
13
14 struct MyRectangle
15 {
16 public ShapeInfo rectInfo;
17 public int top, left, bottom, right;
18 public MyRectangle(string info)
19 {
20 rectInfo = new ShapeInfo(info);
21 top = left = 10;
22 bottom = right = 100;
23 }
24 }
25 class ValRefClass
26 {
27 static void Main(string[] args)
28 {
29 Console.WriteLine("***** 值類型/ 引用類型 *****");
30 //在棧中
31 MyPoint p = new MyPoint();
32 Console.WriteLine("-> Creating p1");
33 MyPoint p1 = new MyPoint();
34 p1.x = 100;
35 p1.y = 100;
36 Console.WriteLine("-> Assigning p2 to p1");
37 MyPoint p2 = p1;
38 // P1
39 Console.WriteLine("p1.x = {0}", p1.x);//100
40 Console.WriteLine("p1.y = {0}", p1.y);//100
41 // P2.
42 Console.WriteLine("p2.x = {0}", p2.x);//100
43 Console.WriteLine("p2.y = {0}", p2.y);//100
44 // 修改p2.x.不改變p1.x.
45 Console.WriteLine("-> Changing p2.x to 900");
46 p2.x = 900;
47 //顯示
48 Console.WriteLine("-> Here are the X values again...");
49 ;//100，如果將MyPoint改成類類型，此處會(huì)顯示900。
50 Console.WriteLine("p1.x = {0}", p1.x)
51 Console.WriteLine("p2.x = {0}", p2.x);//900
52 Console.WriteLine();
53 // 創(chuàng)建第一個(gè)MyRectangle.
54 Console.WriteLine("-> Creating r1");
55 MyRectangle r1 = new MyRectangle("This is my first rect");
56 // 將一個(gè)新的MyRectangle賦值給r1
57 Console.WriteLine("-> Assigning r2 to r1");
58 MyRectangle r2;
59 r2 = r1;
60 //修改r2的值
61 Console.WriteLine("-> Changing all values of r2");
62 r2.rectInfo.infoString = "This is new info!";
63 r2.bottom = 4444;
64 //顯示s
65 Console.WriteLine("-> Values after change:");
66 Console.WriteLine("-> r1.rectInfo.infoString:{0}", r1.rectInfo.infoString);
67 Console.WriteLine("-> r2.rectInfo.infoString:{0}", r2.rectInfo.infoString);
68 Console.WriteLine("-> r1.bottom: {0}", r1.bottom);//100
69 Console.WriteLine("-> r2.bottom: {0}", r2.bottom);//4444
70 Console.ReadLine();
71 }
72 }
【代碼解析】第4行為結(jié)構(gòu)MyPoint定義兩個(gè)變量，供后面調(diào)用。
【運(yùn)行效果】代碼編寫完成之后，按“F5”鍵或者單擊工具欄中的“啟動(dòng)調(diào)試”按鈕，顯示結(jié)果如圖3-6所示。
圖3-6 運(yùn)行效果
3.4 引用類型和值類型的區(qū)別
引用類型和值類型的區(qū)別如下。
? 值類型對(duì)象有兩種表示：未裝箱形式和裝箱形式，而引用類型總是裝箱形式。
? 當(dāng)定義自己的值類型時(shí)，應(yīng)該重寫Equals方法和GetHashCode方法。
? 值類型中不可以有任何的抽象方法，不可以引入任何新的虛方法，所有的方法都隱含為sealed方法。
? 當(dāng)一個(gè)引用類型變量被創(chuàng)建時(shí)，它被初始化為null。值類型變量總是包含一個(gè)符合它的類型的值。
? 當(dāng)將一個(gè)值類型變量賦值給另一個(gè)值類型變量，會(huì)進(jìn)行一個(gè)字段對(duì)字段的復(fù)制，而將一個(gè)引用類型變量賦值給另一個(gè)引用類型變量時(shí)，只會(huì)復(fù)制內(nèi)存地址。
? 兩個(gè)或多個(gè)引用類型變量可以指向托管堆中的同一個(gè)對(duì)象，而每個(gè)值類型變量都有一份自己的對(duì)象數(shù)據(jù)副本。
? 值類型實(shí)例在內(nèi)存回收時(shí)不可能收到任何通知。
System.Runtime.InteropServices.StructLayout特性用于指示CLR是按指定的順序來(lái)存儲(chǔ)類型實(shí)例的字段，還是以任何CLR認(rèn)為合適的順序排列字段。C#編譯器為引用類型選擇的是LayoutKind.Auto方式，而為值類型選擇的是LayoutKind.Sequential方式。
值類型和引用類型的區(qū)別如表3-2所示。
表3-2 值類型和引用類型區(qū)別表
3.5 C# 4.0中的新特性：查看調(diào)用層（View Call Hierarchy）
該特性主要用于查看函數(shù)和屬性，在編程過程中遇到不明用途的函數(shù)，可在該函數(shù)上面單擊鼠標(biāo)右鍵，該特性會(huì)告訴用戶的函數(shù)使用分層列表，如圖3-7所示。
圖3-7 調(diào)用層次
為了查看某個(gè)函數(shù)的詳細(xì)信息可以在圖3-7中單擊查看調(diào)用層次，它會(huì)顯示一個(gè)窗體，詳細(xì)顯示對(duì)應(yīng)函數(shù)的信息，如圖3-8所示。
圖3-8 函數(shù)信息圖
在層次結(jié)構(gòu)中選擇窗口函數(shù)，調(diào)用它會(huì)顯示參數(shù)和函數(shù)調(diào)用的位置的詳細(xì)信息，如圖3-9所示。
圖3-9 函數(shù)詳細(xì)信息
3.6 小結(jié)
本章講解了C#中的數(shù)據(jù)類型，C#中每一種類型要么是值類型，要么是引用類型。所以每個(gè)對(duì)象要么是值類型的實(shí)例，要么是引用類型的實(shí)例。值類型的實(shí)例通常是在線程棧上分配的（靜態(tài)分配）。引用類型的對(duì)象總是在進(jìn)程堆中分配（動(dòng)態(tài)分配）的。
3.7 練習(xí)
一、填空題
1.CLR的全稱是（ ）。
2.常見的值類型包括（ ）。
3.常見的引用類型包括（ ）。
4.值類型存放的位置（ ）。
5.引用類型存放的位置（ ）。
二、簡(jiǎn)答題
1.簡(jiǎn)述C#中常見的數(shù)據(jù)類型。
2.說(shuō)說(shuō)值類型和引用類型的區(qū)別。
三、上機(jī)題
嘗試使用C#創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)應(yīng)用程序，輸入一個(gè)自然數(shù)，顯示結(jié)果在輸入的自然數(shù)上加10，運(yùn)行效果要求與如圖2-3所示一致。
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