什么是值類型，什么是引用類型

概念：值類型直接存儲(chǔ)其值，而引用類型存儲(chǔ)對(duì)其值的引用。部署：托管堆上部署了所有引用類型。

引用類型：基類為Objcet

值類型：均隱式派生自System.ValueType：

• 值類型變量聲明后，不管是否已經(jīng)賦值，編譯器為其分配內(nèi)存。
• 引用類型當(dāng)聲明一個(gè)類時(shí)，只在棧中分配一小片內(nèi)存用于容納一個(gè)地址，而此時(shí)并沒有為其分配堆上的內(nèi)存空間。當(dāng)使用 new 創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例時(shí)，分配堆上的空間，并把堆上空間的地址保存到棧上分配的小片空間中。
• 值類型的實(shí)例通常是在線程棧上分配的（靜態(tài)分配），但是在某些情形下可以存儲(chǔ)在堆中。
• 引用類型的對(duì)象總是在進(jìn)程堆中分配（動(dòng)態(tài)分配）。

我們來看下面一段代碼：

輸出結(jié)果：

值類型在棧內(nèi)分配空間大小因變量類型而異；

引用類型在棧內(nèi)的空間大小相同；

1. 通用類型系統(tǒng)

C#中，變量是值還是引用僅取決于其數(shù)據(jù)類型。

C#的基本數(shù)據(jù)類型都以平臺(tái)無關(guān)的方式來定義。C#的預(yù)定義類型并沒有內(nèi)置于語言中，而是內(nèi)置于.NET Framework中。.NET使用通用類型系統(tǒng)（CTS）定義了可以在中間語言（IL）中使用的預(yù)定義數(shù)據(jù)類型，所有面向.NET的語言都最終被編譯為IL，即編譯為基于CTS類型的代碼。

例如，在C#中聲明一個(gè)int變量時(shí)，聲明的實(shí)際上是CTS中System.Int32的一個(gè)實(shí)例。這具有重要的意義：

• 確保IL上的強(qiáng)制類型安全；
• 實(shí)現(xiàn)了不同.NET語言的互操作性；
• 所有的數(shù)據(jù)類型都是對(duì)象。它們可以有方法，屬性，等。例如：

int i;

i = 1;

string s;

s = i.ToString();

以下關(guān)系圖（來自MSDN）說明了這幾種類型是如何相關(guān)的。注意，類型的實(shí)例可以只是值類型或自描述類型，即使這些類型有子類別也是如此。

類型類別：

2.值類型

C#的所有值類型均隱式派生自System.ValueType：

結(jié)構(gòu)體：struct（直接派生于System.ValueType）；

數(shù)值類型：

整型：sbyte（System.SByte的別名），short（System.Int16），int（System.Int32），long（System.Int64），byte（System.Byte），ushort（System.UInt16），uint（System.UInt32），ulong（System.UInt64），char（System.Char）；

浮點(diǎn)型：float（System.Single），double（System.Double）；

用于財(cái)務(wù)計(jì)算的高精度decimal型：decimal（System.Decimal）。

bool型：bool（System.Boolean的別名）；

用戶定義的結(jié)構(gòu)體（派生于System.ValueType）。

枚舉：enum（派生于System.Enum）；

可空類型（派生于System.Nullable<T>泛型結(jié)構(gòu)體，T?實(shí)際上是System.Nullable<T>的別名）。

每種值類型均有一個(gè)隱式的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)來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;

引用類型和值類型都繼承自System.Object類。不同的是，幾乎所有的引用類型都直接從System.Object繼承，而值類型則繼承其子類，即 直接繼承System.ValueType。System.ValueType直接派生于System.Object。即System.ValueType本身是一個(gè)類類型，而不是值類型。其關(guān)鍵在于ValueType重寫了Equals()方法，從而對(duì)值類型按照實(shí)例的值來比較，而不是引用地址來比較。

可以用Type.IsValueType屬性來判斷一個(gè)類型是否為值類型：

TestType testType = new TestType ();

if (testTypetype.GetType().IsValueType)

{

     Console.WriteLine("{0} is value type.", testType.ToString());

}

3.引用類型

C#有以下一些引用類型：

數(shù)組（派生于System.Array）

用戶用定義的以下類型：

類：class（派生于System.Object）；

接口：interface（接口不是一個(gè)“東西”，所以不存在派生于何處的問題。Anders在《C# Programming Language》中說，接口只是表示一種約定[contract]）；

委托：delegate（派生于System.Delegate）。

object（System.Object的別名）；

字符串：string（System.String的別名）。

可以看出：

引用類型與值類型相同的是，結(jié)構(gòu)體也可以實(shí)現(xiàn)接口；

引用類型可以派生出新的類型，而值類型不能；

引用類型可以包含null值，值類型不能（可空類型功能允許將 null 賦給值類型）；

引用類型變量的賦值只復(fù)制對(duì)對(duì)象的引用，而不復(fù)制對(duì)象本身。而將一個(gè)值類型變量賦給另一個(gè)值類型變量時(shí)，將復(fù)制包含的值。

對(duì)于最后一條，經(jīng)常混淆的是string。我曾經(jīng)在一本書的一個(gè)早期版本上看到String變量比string變量效率高；我還經(jīng)常聽說String是引用類型，string是值類型，等等。例如：

string s1 = "Hello, ";

string s2 = "world!";

string s3 = s1 + s2;//s3 is "Hello, world!"

這確實(shí)看起來像一個(gè)值類型的賦值。再如：

string s1 = "a";

string s2 = s1;

s1 = "b";//s2 is still "a"

改變s1的值對(duì)s2沒有影響。這更使string看起來像值類型。實(shí)際上，這是運(yùn)算符重載的結(jié)果，當(dāng)s1被改變時(shí)，.NET在托管堆上為s1重新分配了內(nèi)存。這樣的目的，是為了將做為引用類型的string實(shí)現(xiàn)為通常語義下的字符串。

4. 值類型和引用類型在內(nèi)存中的部署

經(jīng)常聽說，并且經(jīng)常在書上看到：值類型部署在棧上，引用類型部署在托管堆上。實(shí)際上并沒有這么簡(jiǎn)單。

MSDN上說：托管堆上部署了所有引用類型。這很容易理解。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用類型變量時(shí)：

object reference = new object();

關(guān)鍵字new將在托管堆上分配內(nèi)存空間，并返回一個(gè)該內(nèi)存空間的地址。左邊的reference位于棧上，是一個(gè)引用，存儲(chǔ)著一個(gè)內(nèi)存地址；而這個(gè)地址指向的內(nèi)存（位于托管堆）里存儲(chǔ)著其內(nèi)容（一個(gè)System.Object的實(shí)例）。下面為了方便，簡(jiǎn)稱引用類型部署在托管推上。

再來看值類型?！禖#語言規(guī)范》上的措辭是“結(jié)構(gòu)體不要求在堆上分配內(nèi)存（However, unlike classes, structs are value types and do not require heap allocation）”而不是“結(jié)構(gòu)體在棧上分配內(nèi)存”。這不免容易讓人感到困惑：值類型究竟部署在什么地方？

4.1數(shù)組

考慮數(shù)組：

int[] reference = new int[100];

根據(jù)定義，數(shù)組都是引用類型，所以int數(shù)組當(dāng)然是引用類型（即reference.GetType().IsValueType為false）。

而int數(shù)組的元素都是int，根據(jù)定義，int是值類型（即reference[i].GetType().IsValueType為true）。那么引用類型數(shù)組中的值類型元素究竟位于棧還是堆？

如果用WinDbg去看reference[i]在內(nèi)存中的具體位置，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們并不在棧上，而是在托管堆上。

實(shí)際上，對(duì)于數(shù)組：

TestType[] testTypes = new TestType[100];

如果TestType是值類型，則會(huì)一次在托管堆上為100個(gè)值類型的元素分配存儲(chǔ)空間，并自動(dòng)初始化這100個(gè)元素，將這100個(gè)元素存儲(chǔ)到這塊內(nèi)存里。

如果TestType是引用類型，則會(huì)先在托管堆為testTypes分配一次空間，并且這時(shí)不會(huì)自動(dòng)初始化任何元素（即testTypes[i]均為null）。等到以后有代碼初始化某個(gè)元素的時(shí)候，這個(gè)引用類型元素的存儲(chǔ)空間才會(huì)被分配在托管堆上。

4.2類型嵌套

引用類型部署在托管堆上；

值類型總是分配在它聲明的地方：作為字段時(shí)，跟隨其所屬的變量（實(shí)例）存儲(chǔ)；作為局部變量時(shí)，存儲(chǔ)在棧上。

從上下文看，mc是一個(gè)局部變量，所以部署在托管堆上，并被棧上的一個(gè)引用所持有；

值類型字段_value1屬于引用類型實(shí)例mc的一部分，所以跟隨引用類型實(shí)例mc部署在托管堆上（有點(diǎn)類似于數(shù)組的情形）；

value2是值類型局部變量，所以部署在棧上。

而對(duì)于值類型實(shí)例，即MyStruct：

根據(jù)上下文，值類型實(shí)例ms本身是一個(gè)局部變量而不是字段，所以位于棧上；

其引用類型字段_object1不存在跟隨的問題，必然部署在托管堆上，并被一個(gè)引用所持有（該引用是ms的一部分，位于棧）；

其引用類型局部變量_object2顯然部署在托管堆上，并被一個(gè)位于棧的引用所持有。

所以，簡(jiǎn)單地說“值類型存儲(chǔ)在棧上，引用類型存儲(chǔ)在托管堆上”是不對(duì)的。必須具體情況具體分析

在C#中，我們用struct/class來聲明一個(gè)類型為值類型/引用類型。考慮下面的例子：

SomeType[] oneTypes = new SomeType[100];

如 果SomeType是值類型，則只需要一次分配，大小為SomeType的100倍。而如果SomeType是引用類型，剛開始需要100次分配，分配后 數(shù)組的各元素值為null，然后再初始化100個(gè)元素，結(jié)果總共需要進(jìn)行101次分配。這將消耗更多的時(shí)間，造成更多的內(nèi)存碎片。所以，如果類型的職責(zé)主 要是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，值類型比較合適。

一般來說，值類型（不支持多態(tài)）適合存儲(chǔ)供 C#應(yīng)用程序操作的數(shù)據(jù)，而引用類型（支持多態(tài)）應(yīng)該用于定義應(yīng)用程序的行為。通常我們創(chuàng)建的引用類型總是多于值類型。如果滿足下面情況，那么我們就應(yīng)該創(chuàng)建為值類型：

該類型的主要職責(zé)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

該類型的共有接口完全由一些數(shù)據(jù)成員存取屬性定義。

該類型永遠(yuǎn)不可能有子類。

該類型不具有多態(tài)行為。

5. 辨明值類型和引用類型的使用場(chǎng)合

在C#中，我們用struct/class來聲明一個(gè)類型為值類型/引用類型?？紤]下面的例子：

SomeType[] oneTypes = new SomeType[100];

如 果SomeType是值類型，則只需要一次分配，大小為SomeType的100倍。而如果SomeType是引用類型，剛開始需要100次分配，分配后 數(shù)組的各元素值為null，然后再初始化100個(gè)元素，結(jié)果總共需要進(jìn)行101次分配。這將消耗更多的時(shí)間，造成更多的內(nèi)存碎片。所以，如果類型的職責(zé)主 要是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，值類型比較合適。

一般來說，值類型（不支持多態(tài)）適合存儲(chǔ)供 C#應(yīng)用程序操作的數(shù)據(jù)，而引用類型（支持多態(tài)）應(yīng)該用于定義應(yīng)用程序的行為。通常我們創(chuàng)建的引用類型總是多于值類型。如果滿足下面情況，那么我們就應(yīng)該創(chuàng)建為值類型：

該類型的主要職責(zé)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

該類型的共有接口完全由一些數(shù)據(jù)成員存取屬性定義。

該類型永遠(yuǎn)不可能有子類。

該類型不具有多態(tài)行為。

值類型和引用類型的區(qū)別（小結(jié)）

相同點(diǎn)：

引用類型可以實(shí)現(xiàn)接口，值類型當(dāng)中的結(jié)構(gòu)體也可以實(shí)現(xiàn)接口；

引用類型和值類型都繼承自System.Object類。

1）范圍方面

C#的值類型包括：結(jié)構(gòu)體（數(shù)值類型、bool型、用戶定義的結(jié)構(gòu)體），枚舉，可空類型。

C#的引用類型包括：數(shù)組，用戶定義的類、接口、委托，object，字符串。

2）內(nèi)存分配方面：

數(shù)組的元素不管是引用類型還是值類型，都存儲(chǔ)在托管堆上。

引用類型在棧中存儲(chǔ)一個(gè)引用，其實(shí)際的存儲(chǔ)位置位于托管堆。簡(jiǎn)稱引用類型部署在托管推上。而值類型總是分配在它聲明的地方：作為字段時(shí)，跟隨其所屬的變量（實(shí) 例）存儲(chǔ)；作為局部變量時(shí)，存儲(chǔ)在棧上。（棧的內(nèi)存是自動(dòng)釋放的，堆內(nèi)存是.NET中會(huì)由GC來自動(dòng)釋放）

3）適用場(chǎng)合

值類型在內(nèi)存管理方面具有更好的效率，并且不支持多態(tài)，適合用做存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體；引用類型支持多態(tài)，適合用于定義應(yīng)用程序的行為。

引用類型可以派生出新的類型，而值類型不能，因?yàn)樗械闹殿愋投际敲芊猓╯eal）的；

引用類型可以包含null值，值類型不能（可空類型功能允許將 null 賦給值類型，如   int? a = null;  ）；

引用類型變量的賦值只復(fù)制對(duì)對(duì)象的引用，而不復(fù)制對(duì)象本身。而將一個(gè)值類型變量賦給另一個(gè)值類型變量時(shí)，將復(fù)制包含的值。

值得注意的是，引用類型和值類型都繼承自System.Object類。不同的是，幾乎所有的引用類型都直接從System.Object繼承，而值類型則繼承其子類，即 直接繼承System.ValueType。即System.ValueType本身是一個(gè)類類型，而不是值類型。其關(guān)鍵在于ValueType重寫了Equals()方法，從而對(duì)值類型按照實(shí)例的值來比較，而不是引用地址來比較。

內(nèi)容參考來自文章：

值類型和引用類型，棧和堆的含義

通用類型系統(tǒng)概述

C#詳解值類型和引用類型區(qū)別