CLR支持两种类型:引用类型和值类型,虽然FCL中大多的类型都是引用类型,但是我们程序员用得最多的还是值类型。引用类型总是从托管堆上分配的,C#的new操作符会返回对象的内存地址---也就是指向对象数据的内存地址,引用类型有以下特点:
- 内存必须从托管堆上分配。
- 堆上分配的对象都有一些额外的成员,这些成员必须初始化。
- 从托管堆上分配一个对象时,可能强制执行一次垃圾收集操作。
托管堆的概念,简单的说,所有的.NET语言在分配引用类型对象时都要使用托管堆。像值类型这样的轻量级对象始终分配在栈中,但是所有的类实例和数组都被生成在一个内存池中,这个内存池就是托管堆。托管堆的更深入理解请看这里:http://blog.sina.com.cn/s/blog_538342930100nlmc.html
试想如果所有类型都是引用类型,那么我们的应用程序在使用一个Int32值都要进行一次内存分配,性能会受多么大的影响,幸运的是CLR提供了更为轻量级的值类型,值类型有以下特点:
- 值类型在线程栈上分配。
- 值类型的实例没有引用类型的特殊成员:类型对象指针和同步块索引,因而不受垃圾回收器的控制,这一点很大程度的缓解了托管堆的压力,减少了应用程序在生存期内垃圾回收的次数
- 所有的值类型派生自System.ValueType
- 所有的值类型都是隐式密封的,这意味着值类型不能被继承
- 结构,枚举类型属于值类型
按照国际惯例,应该上一段代码:
class Aref { public Int32 x;} struct Aval { public Int32 x;} static void Main(string[] args) { Aref r1 = new Aref(); Aval v1; r1.x = 1; v1.x = 1; Aref r2 = r1; Aval v2 = v1; r1.x = 5; v1.x = 6; Console.WriteLine(r1.x);//显示5 Console.WriteLine(r2.x);//显示5 Console.WriteLine(v1.x);//显示6 Console.WriteLine(v2.x);//显示1 }
上面这段代码应该很容易看懂,这也是我们程序员面试的时候经常碰到的一个问题之一,它很好的说明了值类型与引用类型的区别。注意到上面的代码Aval v1 并没有写成 Aval v1 = new Aval(),使用new操作符可以对值类型初始化,在线程栈上分配实例,并将字段初始化为零。
值类型能提供更好的性能,将类型声明为值类型需要满足以下条件:
- 类型不需要从其他类型继承
- 类型不会派生其他类型
- 类型中没有成员修改该类型的任何字段
一个方法的返回值为值类型,那么调用者调用该方法的时候,实例中的字段会复制到调用者分配的内存中,所以值类型的实例如果过大也会对性能有损害,CLR推荐值类型的实例应该小于16字节或者更小,如果大于16字节那么该类型不应作为方法的实参传递或者作为返回值。
值类型的主要优势在于他不作为对象在托管堆上分配,下面列出了值类型与引用类型的一些不同:
- 值类型对象有两种表示形式:装箱形式和未装箱形式,而引用类型总是处于已装箱形式。
- 由于不能将一个值类型来派生新的类型,所以不应在值类型中定义虚方法,值类型所有的方法都不能是抽象的。
- 创建引用类型的变量时,它被初始化为null,创建值类型变量时,所有成员都被初始化为零。
- 值类型的赋值会逐字段赋值,引用类型赋值只复制内存地址,所以对一个变量的操作可能影响到另一个变量。
- 值类型的变量生存期是方法的执行完毕,一旦定义值类型的实例的方法不再处于活动状态,为它分配的内存就会被释放,而引用类型的释放需要GC回收。
值类型与引用类型的相互转换称为装箱和拆箱,装箱需要在托管堆上分配额外的对象,将来必须对其进行垃圾回收,所以不必要的,额外的装箱应尽量避免,否则会影响程序的性能和内存消耗,比如在一个循环中重复对一个值类型的变量进行装箱。
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