CLR：基元类型、引用类型和值类型

 

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前言

今天重新看了下关于CLR基元类型的东西，觉得还是有必要将其记录下来，毕竟这是理解CLR成功

之路上的重要一步，希望你也和我一样。

 

基元类型

编译器直接支持的数据类型称之为基元类型，针对那些程序员自定义的类型而言。所有基元类型

直接映射到FCL（Framework class library）中存在的类型；比如C#中int直接映射到System.

Int32类型，且在编译为IL（中间语言）时，他们将会是一模一样的：

int a=0;
System.Int32 a=0;
int a=new int();
System.Int32 a=new System.Int32();

至于，为什么我们经常使用的是int这样的简单类型，而不是System.Int32，微软在C#语言规范

（CLS）中有这样的建议：“从风格上说，最好是使用关键字，而不是使用完整的系统类型名称”。

但是使用关键字有时候会使得程序员倍感迷惑，例如int比较没有Int32那样直接的显示这是一个有

符号的32值。

 

引用类型

任何称之为“类”的类型都是引用类型。引用类型总是从堆上分配内存，C#的new操作符将会返回对

象的内存地址。使用引用类型时必须考虑以下事实;

• • 内存必须从托管堆上分配
  • 堆上分配的每个对象都有一些额外的成员，它们必须初始化
  • 对象中的其他字节总是设为零
  • 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

很明显，过多的使用引用类型可能会导致应用程序性能显著下降。

引用类型变量的互相赋值只会赋值对象的内存地址，所以指向同一对象的变量在发生改变时实际上影

响的是同一个对象。

 

值类型

所有值类型又都称之为结构或枚举。值类型在线程栈上分配空间。所有的值类型都直接派生于抽象类

型System.ValueTye,而后者本身又直接从System.Object派生。所有值类型都是密封的（sealed）

，因此，无法被继承，从而无法使用值类型定义新的类型。

值类型变量的互相赋值将会执行一次逐字段的复制。

值类型与引用类型的取舍

将数据类型定义为结构（值类型）需要考虑一下几点：

• • 不需要从其他类型继承
  • 不需要派生
  • 类型实例较小或不作为实参和返回值
  • 类型实例不需要做线程同步访问

无法继承和派生是值类型的显著特点，你必须慎重考虑他们。另外，若值类型实例过大，在入参时会

发生复制行为，占用空间；在作为返回值时也将值类型的实例复制到调用者的分配内存中。因为未装箱

的值类型没有同步索引块，所以不能使用Monitor或lock等方法（语句）让多个线程同步对这个对象的

访问。

 

装箱与拆箱

值类型有两种表现形式：未装箱（unboxed）和已装箱（boxed）形式；引用类型总是处于已装箱模

式。

值类型是一种“轻型”的类型，它不会作为对象在托管堆中分配内存，不会被垃圾回收，也不能通过指针

来引用。但在许多情况下我们需要获取对一个值类型实例的引用：

struct Point
{
public int x,y;
}

ArrayList list=new ArrayList();
Point p;
for(int i=0;i<5;i++)
{
p.x=p.y=i;
list.Add(p); // 将值类型进行装箱，并添加到集合中
}

上面的例子中，由于ArrayList的Add方法需要一个类型为Objec的入参，而我们传入的是值类型Point

，所以这里将发生装箱的操作。所有在值类型转化为引用类型的地方都需要装箱。装箱（boxing）内部

发生的过程如下:

　　1.在托管堆上分配好内存，大小为值类型所有字段的大小加上引用类型的额外

　　　成员（对象指针和同步块索引）

　　2.值类型的字段复制到新的堆内存中

　　3.返回对象的地址

可见，已装箱的值类型的生命周期超过了未装箱的值类型。

另外，值类型在转化为某个接口或调用未重写的基类方法时（所有的值类型都继承System.Object），需

要装箱。因为基类的this希望接受一个指向堆上的一个对象的指针。

拆箱并不是装箱的逆过程：

Point p=(Point)list[0];

拆箱在CLR中分两步完成这个操作：

　　1.获取已装箱的Point对象中的各个Point字段的地址，这个过程就是拆箱（unboxing）；

　　2.将这些字段包含的值从堆中复制到基于栈的值类型实例中（也就是上例中的p）。

所以，拆箱实际上是指一个寻址的过程，拆箱的代价远低于装箱，因为它确实知识一个简单的寻找指针

的过程而已，在这之后才会发生逐字段复制的过程。