C#中的参数传递:值类型(value_type)和引用类型(reference_type)

Posted by Coderidea on March 21, 2020

摘要:
由于在.NET中存在两种类型,分别是值类型(value type)和引用类型(reference type),所以很多关于C#中参数传递的混淆就因此而生。本文首先从值类型和引用类型的辨析入手,然后解释了在C#中的参数传递的四种形式:值传递(默认形式)、ref传递、out传递、params传递

首先要弄清楚的是:值类型是分配在栈(stack)上面,而引用类型分配在堆(heap)上面。栈是一种先进后出,并且由系统自动操作的存储空间。而堆(在.NET上准确的说是托管堆 Managed Heap)是一种自由储存区(Free Memory),在该区域中,必须明确的为对象申请存储空间(一般在Java和C#中都是使用的new关键字),并可以在使用完以后释放申请的存储空间(Java和C#都使用垃圾回收机制 Garbage Collector自动释放对象空间)

引用类型(reference type):它存放的值是指向数据的引用(reference),而不是数据本身。示例:

System.Text.StringBuilder sb = new StringBuilder();

这里,我们声明一个变量sb,并通过new StringBuilder()创建了一个StringBuilder(与Java中StringBuffer类似)对象,再将对象的引用 (reference)赋值给变量sb,即变量sb中保存的是StringBuilder对象的引用,而非对象本身。

System.Text.StringBuilder first = new StringBuilder();

System.Text.StringBuilder second = first;

这里,我们将变量first的值(对一个StringBuilder对象的引用)赋值给变量second,即first和second都指向同一个StringBuilder对象。对StringBuilder对象的任何修改都会影响到first和second变量。

System.Text.StringBuilder first = new StringBuilder();

System.Text.StringBuilder second = first;

first.Append("hello");

first = null;

Console.WriteLine(second);

这里,输出的结果是 hello。由于first和second都含有对同一StringBuilder对象的引用。然后通过first的引用调用StringBuilder 对象的Append方法,将对象进行修改,即添加字符串“hello”,然后又将first赋值为null,表示让first不引用任何对象。最后通过 second的引用隐式调用StringBuilder对象的ToString方法输出“hello”。由此可见,first的值改变了(被赋值为 null),而它所引用的对象并不会发生改变,second照样引用到StringBuilder对象。

class类型,interface类型,delegate类型和array类型都是引用类型。

值类型(value type):引用类型中变量和实际数据之间还隔了一间接层,而值类型就完全不存在,值类型的变量直接保存的就是数据。

struct IntHolder

{

public int i;

}

这里,结构是值类型,IntHolder是一个结构:

IntHolder first = new IntHolder();

first.i = 5;

IntHolder second = first;

first.i = 6;

Console.WriteLine(second.i);

输出结果为5。这里second = first 以后second保存的是first的值拷贝,即second.i = 5;而后来的first.i发生了改变并不会影响second.i。所以输出值为5。

简单类型(比如int,double,char),enum类型,struct类型都是值类型。

注意:有一些类型(比如string类型)的行为看起来像值类 型,但实际上是引用类型。这些类型被称为immutable类型,也就是说这种类型的实例只要被构造好就不会改变。比 如,string.Replace()并不会改变调用它的字符串对象,而是返回含有新数据的新的字符串对象。

一、值参数(Value parameters):

默认情况下,参数都是值参数。

void Foo (StringBuilder x)

{

x = null;

}

...

StringBuilder y = new StringBuilder();

y.Append ("hello");

Foo (y);

Console.WriteLine (y==null);

输出结果为False。这里由于是值传递形式,所以尽管x被设置为null,但是y的值不会改变。但要注意的是,引用类型变量保存的是引用,如果两个引用类型变量引用到相同的对象,那么对对象进行修改势必影响到两个引用类型变量,如下:

void Foo (StringBuilder x)

{

x.Append (" world");

}

...

StringBuilder y = new StringBuilder();

y.Append ("hello");

Foo (y);

Console.WriteLine (y);

输出结果为hello world。因为在调用Foo方法以后,y所引用到的StringBuilder对象的内容被修改为“hello world”了,这是通过Foo方法中的x引用调用Append方法添加“ world”实现的。

现在考虑一下通过值类型做值参数的情况:

void Foo (IntHolder x)

{

x.i=10;

}

...

IntHolder y = new IntHolder();

y.i=5;

Foo (y);

Console.WriteLine (y.i);

输出结果为5。如果将IntHolder的struct类型改为class类型,则输出结果变为10。这好理解,前者struct是值类型,传递的是值本身;后者class是引用类型,以传值形式传递的object reference(对象引用)

二、引用参数(Reference parameters):

引用参数传递在函数成员调用中的变量的值,而是传递变量本身。这就意味着它并不会为函数成员声明中的变量分配新的内存空间,而是使用与实参相同的存储空间,所以实参和形参的值无论什么时候都是一样的。要在C#中使用引用参数,必须在函数声明以及函数调用中都明确地使用关键字ref,这样一看代码就很清楚知道是使用引用参数了。

void Foo (ref StringBuilder x)

{

x = null;

}

...

StringBuilder y = new StringBuilder();

y.Append ("hello");

Foo (ref y);

Console.WriteLine (y==null);

输出结果为True。这里使用引用参数传递的是对y的引用(reference),而不是y中的值(object reference)。所以形参x值的改变马上就反映到y上。在Foo方法调用以后,y的值也为null。

考虑一下使用struct值类型的情况:

void Foo (ref IntHolder x)

{

x.i=10;

}

...

IntHolder y = new IntHolder();

y.i=5;

Foo (ref y);

Console.WriteLine (y.i);

输出结果为10。其中两个变量都共享的是同一个存储空间,对x的改变同样影响到y。

三、输出参数(Output parameters):

输出参数与引用参数非常相似,除了使用关键字out以外,它们的不同点在于ref修饰的形式参数可以不被赋值,而out修饰的形式参数必须被赋值。因此,使用输出参数的实参可以在调用之前不被初始化。

void Foo (out int x)

{

// Can't read x here - it's considered unassigned

// Assignment - this must happen before the method can complete normally

x = 10;

// The value of x can now be read:

int a = x;

}

...

// Declare a variable but don't assign a value to it

int y;

// Pass it in as an output parameter, even though its value is unassigned

Foo (out y);

// It's now assigned a value, so we can write it out:

Console.WriteLine (y);

四、参数数组(Parameter arrays):

用params修饰的一维数组为参数数组。它可以接收可变数目的实参。C/C++程序员可以认为params等同于类型安全的stdarg.h头文件中varargs宏。

void ShowNumbers (params int[] numbers)

{

foreach (int x in numbers)

{

Console.Write (x+" ");

}

Console.WriteLine();

}

...

int[] x = {1, 2, 3};

ShowNumbers (x);

ShowNumbers (4, 5);

输出结果为:

1 2 3

4 5