品味類型——值類型與引用類型.doc

本文將介紹以下內(nèi)容： 類型的基本概念 值類型深入 引用類型深入 值類型與引用類型的比較及應(yīng)用 1.引言買(mǎi)了新本本，忙了好幾天系統(tǒng)，終于開(kāi)始了對(duì)值類型和引用類型做個(gè)全面的講述了，本系列開(kāi)篇之時(shí)就是因?yàn)橄雽?xiě)這個(gè)主題，才有了寫(xiě)個(gè)系列的想法。所以對(duì) 值類型和引用類型的分析，是我最想成文的一篇，其原因是過(guò)去的學(xué)習(xí)過(guò)程中我就是從這個(gè)主題開(kāi)始，喜歡以IL語(yǔ)言來(lái)分析執(zhí)行，也喜好從底層的過(guò)程來(lái)深入了 解。這對(duì)我來(lái)說(shuō)，似乎是一件找到了有效提高的方法，所以想寫(xiě)的沖動(dòng)就沒(méi)有停過(guò)，旨在以有效的方式來(lái)分享所得。同時(shí)，我也認(rèn)為，對(duì)值類型和引用類型的把握， 是理解語(yǔ)言基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵主題，有必要花力氣來(lái)了解和深入。2. 一切從內(nèi)存開(kāi)始 2.1 基本概念 從上回第七回：品味類型-從通用類型系統(tǒng)開(kāi)始我們知道，CLR支持兩種基本類型：值類型和引用類型。因此，還是把MSDN這張經(jīng)典視圖拿出來(lái)做個(gè)鋪墊。 值類型（Value Type），值類型實(shí)例通常分配在線程的堆棧（stack）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)。其在MSDN的定義 為值類型直接包含它們的數(shù)據(jù)，值類型的實(shí)例要么在堆棧上，要么內(nèi)聯(lián)在結(jié)構(gòu)中。我們由上圖可知，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。 引用類型（Reference Type），引用類型實(shí)例分配在托管堆（managed heap）上，變量保存了實(shí)例數(shù)據(jù)的內(nèi)存引用。其在MSDN中的定義為引用類型存儲(chǔ)對(duì)值的內(nèi)存地址的引用，位于堆上。我們由上圖可知，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。類類型是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以及其他的自定義引用類型時(shí)，該變量即為引用類型。 下面簡(jiǎn)單的列出我們類型的進(jìn)一步細(xì)分，數(shù)據(jù)來(lái)自MSDN，為的是給我們的概念中有清晰的類型概念，這是最基礎(chǔ)也是最必須的內(nèi)容。 2.2 內(nèi)存深入 2.2.1. 內(nèi)存機(jī)制 那么.NET的內(nèi)存分配機(jī)制如何呢？ 數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的分配位置，取決于該變量的數(shù)據(jù)類型。由上可知，值類型通常分配在線程的堆棧上，而引用類型通常分配在托管堆上，由GC來(lái)控制其回收。例如，現(xiàn)在有MyStruct和MyClass分別代表一個(gè)結(jié)構(gòu)體和一個(gè)類，如下： usingSystem;publicclassTeststaticvoidMain()/定義值類型和引用類型，并完成初始化MyStructmyStruct=newMyStruct();MyClassmyClass=newMyClass();/定義另一個(gè)值類型和引用類型，/以便了解其內(nèi)存區(qū)別MyStructmyStruct2=newMyStruct();myStruct2=myStruct;MyClassmyClass2=newMyClass();myClass2=myClass;在上述的過(guò)程中，我們分別定義了值類型變量myStruct和引用類型變量myClass，并使用new操作符完成內(nèi)存分配和初始化操作，此處new的區(qū)別可以詳見(jiàn)第五回：深入淺出關(guān)鍵字-把new說(shuō)透 的論述，在此不做進(jìn)一步描述。而我們?cè)诖藦?qiáng)調(diào)的是myStruct和myClass兩個(gè)變量在內(nèi)存分配方面的區(qū)別，還是以一個(gè)簡(jiǎn)明的圖來(lái)展示一下： 我們知道，每個(gè)變量或者程序都有其堆棧，不同的變量不能共有同一個(gè)堆棧地址，因此myStruct和myStruct2 在堆棧中一定占用了不同的堆棧地址，盡管經(jīng)過(guò)了變量的傳遞，實(shí)際的內(nèi)存還是分配在不同的地址上，如果我們?cè)賹?duì)myStruct2變量改變時(shí)，顯然不會(huì)影響 到myStruct的數(shù)據(jù)。從圖中我們還可以顯而易見(jiàn)的看出，myStruct在堆棧中包含其實(shí)例數(shù)據(jù)，而myClass在堆棧中只是保存了其實(shí)例數(shù)據(jù)的 引用地址，實(shí)際的數(shù)據(jù)保存在托管堆中。因此，就有可能不同的變量保存了同一地址的數(shù)據(jù)引用，當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)引用類型變量傳遞到另一個(gè)相同類型的引用類型變量 時(shí)，傳遞的是其引用地址而不是實(shí)際的數(shù)據(jù)，因此一個(gè)變量的改變會(huì)影響另一個(gè)變量的值。從上面的分析就可以明白的知道這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的道理：值類型和引用類型 在內(nèi)存中的分配區(qū)別是決定其應(yīng)用不同的根本原因，由此我們就可以很容易的解釋為什么參數(shù)傳遞時(shí)，按值傳遞不會(huì)改變形參值，而按址傳遞會(huì)改變行參的值，道理 正在于此。 對(duì)于內(nèi)存分配的更詳細(xì)位置，可以描述如下: 值類型變量做為局部變量時(shí)，該實(shí)例將被創(chuàng)建在堆棧上；而如果值類型變量作為類型的成員變量時(shí)，它將作為類型實(shí)例數(shù)據(jù)的一部分，同該類型的其他字段都保存在托管堆上，這點(diǎn)我們將在接下來(lái)的嵌套結(jié)構(gòu)部分來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。 引用類型變量數(shù)據(jù)保存在托管堆上，但是根據(jù)實(shí)例的大小有所區(qū)別，如下：如果實(shí)例的大小小于85000Byte時(shí)，則該實(shí)例將創(chuàng)建在GC堆上；而當(dāng)實(shí)例大小大于等于85000byte時(shí)，則該實(shí)例創(chuàng)建在LOH（Large Object Heap）堆上。更詳細(xì)的分析，我推薦類型實(shí)例的創(chuàng)建位置、托管對(duì)象在托管堆上的結(jié)構(gòu)。2.2.2. 嵌套結(jié)構(gòu) 嵌套結(jié)構(gòu)就是在值類型中嵌套定義了引用類型，或者在引用類型變量中嵌套定義了值類型，相信園子中關(guān)于這一話題的論述和關(guān)注都不是很多。因此我們很有必要發(fā)揮一下，在此就順藤摸瓜，從上文對(duì).NET的內(nèi)存機(jī)制著手來(lái)理解會(huì)水到渠成。 引用類型嵌套值類型 值類型如果嵌套在引用類型時(shí)，也就是值類型在內(nèi)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中時(shí)，其內(nèi)存分配是什么樣子呢？ 其實(shí)很簡(jiǎn)單，例如類的私有字段如果為值類型，那它作為引用類型實(shí)例的一部分，也分配在托管堆上。例如： publicclassNestedValueinRef/aInt做為引用類型的一部分將分配在托管堆上privateintaInt;publicNestedValueinRef/aChar則分配在該段代碼的線程棧上charachar=a;其內(nèi)存分配圖可以表示為： 值類型嵌套引用類型 引用類型嵌套在值類型時(shí)，內(nèi)存的分配情況為：該引用類型將作為值類型的成員變量，堆棧上將保存該成員的引用，而成員的實(shí)際數(shù)據(jù)還是保存在托管堆中。例如：publicstructNestedRefinValuepublicMyClassmyClass;publicNestedRefinValuemyClass.X=1;myClass.Y=2;其內(nèi)存分配圖可以表示為：2.2.3. 一個(gè)簡(jiǎn)單的討論通過(guò)上面的分析，如果我們現(xiàn)在有如下的執(zhí)行時(shí)：AType myType = new AType10;試問(wèn)：如果AType是值類型，則分配了多少內(nèi)存；而如果AType是引用類型時(shí)，又分配了多少內(nèi)存？我們的分析如下：根據(jù)CRL的內(nèi)存機(jī)制，我們知道如果ATpye為Int32類型，則表示其元素是值類型，而數(shù)組本身為引用類型，myType將保 存指向托管堆中的一塊大小為410byte的內(nèi)存地址，并且將所有的元素賦值為0；而如果AType為自定義的引用類型，則會(huì)只做一次