理解值与引用

面向对象分析和设计需要区分对象的值语义与引用语义。我的一块钱和你的一块钱相等，这是值语义；20岁的我和30岁的我是同一个人，这是引用语义。值对象包括2大特征：内容和运算，比如：3这个整数在计算机内部用二进制11表示，可以参与+,-,*,/等运算；引用对象包括3大特征：标识、状态和行为，比如：person对象拥有不变的标识，并可通过行为改变状态。值对象的同一性建立在内容的基础上，而引用对象的同一性建立在标识的基础上。

struct和class是OOP语言为分别表达值语义和引用语义所提供的语法机制。值对象只能被动地参与运算，引用对象拥有主动的行为。C#中struct可以实现接口，可以定义方法；但从语义角度，对于struct DateTime对象today，today.AddDays(1)的语义是today和1参与AddDays运算得出一个新的日期值。

由于值对象的同一性建立在内容的基础上，而引用对象的同一性建立在标识的基础上。值对象从语义上是不可变的，而引用对象从语义上是不可拷贝的。但在实际实现中由于性能考虑常常会用引用语法来实现值语义，比如：C#的string是值语义，但却是引用语法；类似的，flyweight模式被共享的小对象也是引用语法表达值语义。由于值语义的不可变性要求，用引用语法模拟值语义常常会加上不可变的限制，比如：C#的string对象在参与+运算本身并不改变，而是产生一个新string对象作为结果。这种通过不可变引用语法来模拟值语义的手段在不支持struct的Java中更加常用。而在C++中，虽然提供了struct和class，但二者在语法上都是值语法（可拷贝）；所以，在C++中常常会为class加上不可拷贝的限制明确引用语义，强制使用指针或引用的方式使用对象。

在使用上，值对象通常用于两种场合：1.表示引用对象的某一属性，比如：颜色RGB，字体类型，出生日期，地址；2.对象间传递的消息，即作为方法调用的参数。下面通过一个例子进一步体会值与引用的区别：

//C#
class Person{
    public DateTime GetBirthday() { 
         return m_birthday;
    }
    private DateTime m_birthday;
}

值类型的m_birthday对象是为了描述引用类型Person某一方面属性的。如果DateTime是class，那么GetBirthday只需要返回引用；而DateTime如果是struct，GetBirthday就是值拷贝。从性能角度，返回引用优于值拷贝；但从设计角度，返回引用使得外部可以直接修改Person对象的内部状态，破坏了封装。如果是Java，由于不支持struct，所以只能在引用语法的基础上模拟值语义，比如：返回一份clone。显然，由于C#对struct的直接支持，一旦明确了m_birthday的值语义那么语法的支持直接而简洁。

确定领域对象是值语义还是引用语义是分析设计阶段的事情，其原则是基于值对象和引用对象的特征。而对于struct和class的选择是实现阶段的事情。假如分析设计确定领域对象是引用语义，那么语法选择只有class，不可能去选择struct；而如果领域对象是值语义，比如DateTime、string，那么语法选择可以是struct也可以是class，struct是默认的选择，即使由于性能原因选择了class，还是需要像string一样注意设计细节去表达值语义。在明确领域对象的语义后，我们提倡首选默认选项，即用struct表示值，用class表示引用。默认不需要理由，不用默认才需要理由。