C#中值类型和引用类型的区别深度分析

本文通俗易懂的分析了C#中值类型和引用类型的区别。分享给大家供大家参考。具体分析如下：

似乎“值类型和引用类型的区别”是今年面试的流行趋势，我已然是连续三次（目前总共也就三次）面试第一个问题就遇到这个了，这是多大的概率啊，100%，哈哈，我该买彩票去！

言归正传，咱还是先来探讨探讨这二者之间有什么区别吧。记得有一次电话面试中，我直接跟面试官说：“值类型是现金，引用类型是存折”，后来想想当时说这话虽是有点儿冲动地脱口而出，但也没什么不妥。我这人不善于背理论的教条，喜欢把书本上那些生硬的话跟现实生活中常见的事物联系起来理解和记忆。

直白点儿说：值类型就是现金，要用直接用；引用类型是存折，要用还得先去银行取现。

声明一个值类型变量，编译器会在栈上分配一个空间，这个空间对应着该值类型变量，空间里存储的就是该变量的值。引用类型的实例分配在堆上，新建一个引用类型实例，得到的变量值对应的是该实例的内存分配地址，这就像您的银行账号一样。具体哪些类型是值类型哪些是引用类型，大家翻翻书，背一背就好了，不过我想，做过一段时间的开发，即使您背不了书上教条的定义，也不会把值类型和引用类型搞混的。接下来，还是老规矩，咱看码说话吧。

代码如下:

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}
 
public static class ReferenceAndValue
{
    public static void Demonstration()
    {
        Person zerocool = new Person { Name = "ZeroCool", Age = 25 };
        Person anders = new Person { Name = "Anders", Age = 47 };
 
        int age = zerocool.Age;
        zerocool.Age = 22;
 
        Person guru = anders;
        anders.Name = "Anders  Hejlsberg";
 
        Console.WriteLine("zerocool's age:\t{0}", zerocool.Age);
        Console.WriteLine("age's value:\t{0}", age);
        Console.WriteLine("anders' name:\t{0}", anders.Name);
        Console.WriteLine("guru' name:\t{0}", guru.Name);
    }
}

上面这段代码，我们首先创建了一个Person类，包含了Name和Age两个属性，毋庸置疑，Person类是引用类型，Name也是，因为它是string类型的（但string是很特殊的引用类型，后面将专门有一篇文章来讨论），但Age则是值类型。接下来我们来看看Demonstration方法，其中演示的就是值类型跟引用类型的区别。

首先，我们声明了两个Person类的实例对象，zerocool和anders，前面提到过，这两个对象都被分配在堆上，而zerocool和anders本身其实只是对象所在内存区域的起始地址引用，换句话说就是指向这里的指针。我们声明对象实例时也顺便分别进行了初始化，首先我们看，zerocool对象的值类型成员，我们赋值为25（对，我今年25岁），anders（待会儿你们就知道是谁了）的Name属性，我们赋值为“Anders”。齐活儿，接下来看我们怎么干吧。

我们声明一个值类型变量age，直接在初始化时把zerocool的Age值赋给它，显然，age的值就是25了。但这个时候zerocool不高兴了，他想装嫩，私自把自己的年龄改成22岁，刚够法定结婚年龄。然后我们又声明了一个引用类型的guy对象，初始化时就把anders赋给它，然后anders露出庐山真面目了，他的名字叫“Anders Hejlsberg”（在此向C#之父致敬）。接下来我们来分别答应出这几个变量的值，看看有什么差别。

Result01

你可能要觉得奇怪（你要不觉得奇怪，也就不用再接着往下看了），为什么我们改了zerocool.Age的值，age没跟着变，改了anders.Name的值，guru.Name却跟着变了呢？这就是值类型和引用类型的区别。我们声明age值类型变量，并将zerocool.Age赋给它，编译器在栈上分配了一块空间，然后把zerocool.Age的值填进去，仅此而已，二者并无任何牵连，就像复印机一样，只是把zerocool.Age的值拷贝给age了。而引用类型不一样，我们在声明guy的时候把anders赋给它，前面说过，引用类型包含的是只想堆上数据区域地址的引用，其实就是把anders的引用也赋给guy了，因此这二者从此指向了同一块内存区域，既然是指向同一块区域，那么甭管谁动了里面的“奶酪”，另一个变现出来的结果也会跟着变，就像信用卡跟亲情卡一样，用亲情卡取了钱，与之关联的信用卡账上也会跟着发生变化。一提到钱，估计大家伙儿印象就深了些吧，呵呵！

另外，性能上也会有区别的。既然一个是直接操作内存，另一个则多一步先解析引用地址，那么显然很多时候值类型会减小系统性能开销。但“很多时候”不代表“所有时候”，有些时候还得量力而为，例如需要大量进行函数参数传递或返回的时候，老是这样进行字段拷贝，其实反而会降低应用程序性能。另外，如果实例会被频繁地用于Hashtable或者ArrayList之类的集合中，这些类会对其中的值类型变量进行装箱操作，这也会导致额外的内存分配和内存拷贝操作，从应用程序性能方面来看，其实也不划算。

哦对了，上面提到了一个概念，装箱。那么什么是装箱呢？其实装箱就是值类型到引用类型的转化过程。将一个值类型变量装箱成一个引用类型变量，首先会在托管堆上为新的引用类型变量分配内存空间，然后将值类型变量拷贝到托管堆上新分配的对象内存中，最后返回新分配的对象内存地址。装箱操作是可逆的，所以还有拆箱操作。拆箱操作获取指向对象中包含值类型部分的指针，然后由程序员手动将其对应的值拷贝给值类型变量。接下来我们来看看典型的装箱和拆箱操作。

代码如下:

public static class BoxingAndUnboxing
{
    public static void Demonstration()
    {
        int ageInt = new int();
 
        // Boxing operation.
        object ageObject = ageInt;
 
        //ageObject = null;
 
        // Unboxing operation.
        ageInt = (int)ageObject;
 
        Console.WriteLine(ageInt);
    }
}

在该方法中，我们首先声明了一个值类型变量ageInt，但并未给它赋值，接着声明了一个典型的引用类型变量ageObject，并把ageInt赋给它，这里就进行了一次装箱操作。编译器现在托管堆上分配一块内存空间（空间大小为对象中包含的值类型变量所占空间总和外加一个方法表指针和一个SyncBlockIndex），然后把ageInt拷贝到这个空间中，再返回该空间的引用地址。接下来第13行则是拆箱操作，编译器获取到ageObject对象中值类型变量的指针，然后将其值拷贝给值类型变量。如果你把第10行注释掉的代码打开（这是通俗说法，其实就是取消注释），那么第13行就会抛出System.NullReferenceException异常，要说问什么，这又会牵扯出值类型跟引用类型另一个大的不同。看见了吧，声明ageInt时并没有赋值，如果关掉第10行代码，程序不会报错，最后打印出个0，这说明在声明值类型变量时，如果没有初始化赋值，编译器会自动将其赋值为0，既然值类型没有引用，那么它就不可能为空。引用类型不一样，它可以为空引用，一张过期作废的银行卡是可以存在。而如果将一个空的对象拆箱，编译器上哪儿去找它里面的值类型变量的指针呢？所以这也是拆箱操作需要注意的地方。

最后，我们在把值类型和引用类型之间其它一些明显区别大致罗列如下，以便大家能顺利通过面试第一问。

所有值类型都继承自System.ValueType，但是ValueType没有附加System.Object包含之外其它任何方法，不过它倒是改写了Equals和GetHashCode两个方法。引用类型变量的Equals比较的是二者的引用地址而不是内部的值，值类型变量的Equals方法比较的是二者的值而不是……哦对了，值类型压根儿没有引用地址；
值类型不能作为其它任何类型的基类型，因此不能向值类型中增加任何新的虚方法，更不该有任何抽象方法，所有的方法都是sealed的（不可重写）；
未装箱的值类型分配在栈上而不是堆上，而栈又不是GC的地盘儿，因此GC根本不过问值类型变量的死活，一旦值类型变量的作用范围一过，它所占的内存空间就立即被回收掉，不劳GC亲自动手。
以上罗列的都是值类型和引用类型之间的主要区别，文码并茂，相信应该给你留下比较深刻的印象，虽不够深，但愿能起到抛砖引玉的作用。如果去面SDE职位，估计这深度就差不多了。

希望本文所述对大家的C#程序设计有所帮助。