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.引言買了新本本，忙了好幾天系統(tǒng)，終于開始了對值類型和引用類型做個全面的講述了，本系列開篇之時就是因為想寫這個主題，才有了寫個系列的想法。所以對 值類型和引用類型的分析，是我最想成文的一篇，其原因是過去的學習過程中我就是從這個主題開始，喜歡以IL語言來分析執(zhí)行，也喜好從底層的過程來深入了 解。這對我來說，似乎是一件找到了有效提高的方法，所以想寫的沖動就沒有停過，旨在以有效的方式來分享所得。同時，我也認為，對值類型和引用類型的把握， 是理解語言基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵主題，有必要花力氣來了解和深入。2. 一切從內(nèi)存開始 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)典視圖拿出來做個鋪墊。 值類型（Value Type），值類型實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，因為變量本身就包含了其實例數(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，該變量即為值類型。 引用類型（Reference Type），引用類型實例分配在托管堆（managed heap）上，變量保存了實例數(shù)據(jù)的內(nèi)存引用。其在MSDN中的定義為引用類型存儲對值的內(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。而自描述類型進一步細分成數(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，該變量即為引用類型。 下面簡單的列出我們類型的進一步細分，數(shù)據(jù)來自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)存機制 那么.NET的內(nèi)存分配機制如何呢？ 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來控制其回收。例如，現(xiàn)在有MyStruct和MyClass分別代表一個結(jié)構(gòu)體和一個類，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)別可以詳見第五回：深入淺出關(guān)鍵字-把new說透 的論述，在此不做進一步描述。而我們在此強調(diào)的是myStruct和myClass兩個變量在內(nèi)存分配方面的區(qū)別，還是以一個簡明的圖來展示一下： 我們知道，每個變量或者程序都有其堆棧，不同的變量不能共有同一個堆棧地址，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)過了變量的傳遞，實際的內(nèi)存還是分配在不同的地址上，如果我們再對myStruct2變量改變時，顯然不會影響 到myStruct的數(shù)據(jù)。從圖中我們還可以顯而易見的看出，myStruct在堆棧中包含其實例數(shù)據(jù)，而myClass在堆棧中只是保存了其實例數(shù)據(jù)的 引用地址，實際的數(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，當數(shù)據(jù)從一個引用類型變量傳遞到另一個相同類型的引用類型變量 時，傳遞的是其引用地址而不是實際的數(shù)據(jù)，因此一個變量的改變會影響另一個變量的值。從上面的分析就可以明白的知道這樣一個簡單的道理：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，按值傳遞不會改變形參值，而按址傳遞會改變行參的值，道理 正在于此。 對于內(nèi)存分配的更詳細位置，可以描述如下: 值類型變量做為局部變量時，該實例將被創(chuàng)建在堆棧上；而如果值類型變量作為類型的成員變量時，它將作為類型實例數(shù)據(jù)的一部分，同該類型的其他字段都保存在托管堆上，這點我們將在接下來的嵌套結(jié)構(gòu)部分來詳細說明。 引用類型變量數(shù)據(jù)保存在托管堆上，但是根據(jù)實例的大小有所區(qū)別，如下：如果實例的大小小于85000Byte時，則該實例將創(chuàng)建在GC堆上；而當實例大小大于等于85000byte時，則該實例創(chuàng)建在LOH（Large Object Heap）堆上。更詳細的分析，我推薦類型實例的創(chuàng)建位置、托管對象在托管堆上的結(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.NET的內(nèi)存機制著手來理解會水到渠成。 引用類型嵌套值類型 值類型如果嵌套在引用類型時，也就是值類型在內(nèi)聯(lián)的結(jié)構(gòu)中時，其內(nèi)存分配是什么樣子呢？ 其實很簡單，例如類的私有字段如果為值類型，那它作為引用類型實例的一部分，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，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. 一個簡單的討論通過上面的分析，如果我們現(xiàn)在有如下的執(zhí)行時：AType myType = new AType10;試問：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，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，則會只做一次