C#中值传递和引用传递

    一. 传递的概念

    传递是指在调用方法时，用实际参数为方法的形式参数赋值。方法的形式参数，按照参数类型划分有两种，分为是值类型和引用类型。

    二. 数据类型

    数据类型是计算机科学核心概念之一。在C#中，数据类型分两大类，值类型和引用类型。

    写程序，首先面对的一个概念是变量。什么是变量？

    变量的定义：变量是指在程序运行过程中，其值可以改变的量。

    变量三要素，分别是变量的名称（name）、变量的类型（type）、变量的值（value）。其中，变量的名称，也可以理解为变量的地址，变量在内存单元意义上的地址，变量名其实就是内存单元的名称。

    变量名称决定了存储变量的内存地址；变量类型（数据类型）决定了存储变量的内存空间大小，同时也决定了变量的值的上限和下限。

    为什么要提变量三要素呢？因为值类型和引用类型的区别，就要从变量的三要素说起。

    值类型和引用类型的区别有两点：1.数据的存储方式；2.数据的传递方式（复制方式）。

    可以简单的认为，对于一个值类型变量，只存储变量三要素中的值。所以，值类型变量在进行数据传递时，只传递三要素中的值；对于一个引用类型的变量，它存储的是变量三要素中变量的地址，同时，在进行数据传递时，传递的也是变量的地址。

    怎么理解这段话呢？我们来个程序示例，在程序中感受下这种区别。

（1）新建一个Window窗体应用程序项目，项目名称“值传递和引用传递”。为项目添加一个类文件，保存为General.cs。

         在类文件中输入如下代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace 值传递和引用传递
{
    class General
    {
        public string Name { get; set; } //姓名
        public int Age { get; set; } //年龄
    }
}

 （2）在项目默认创建的窗体Form1中添加一个按钮button1,将其Text属性改为“确定”，在窗体的代码文件中分别添加两个方法ChangeGeneralInfoFirst和ChangeGeneralInfoSecond，并创建button1的事件处理过程，然后输入以下代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

namespace 值传递和引用传递
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
        //自定义方法
        void ChangeGeneralInfoFirst(string name, int age)
        {
            name = "徐达";
            age = 41;
        }
        //自定义方法
        void ChangeGeneralInfoSecond(General general)
        {
            general.Name = "霍去病";
            general.Age = 19;
        } 
        //按钮button1的事件处理过程
        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            General newGeneral = new General();
            newGeneral.Name = "卫青";
            newGeneral.Age = 38;

            string testStr = "";
            testStr = string.Format("调用前，结果为：{0}，{1}\r\n",newGeneral.Name,newGeneral.Age);

            ChangeGeneralInfoFirst(newGeneral.Name, newGeneral.Age);//传递值
            testStr += string.Format("值传递调用后，结果为：{0}，{1}\r\n",newGeneral.Name,newGeneral.Age);

            ChangeGeneralInfoSecond(newGeneral);//传递对象（引用传递）
            testStr += string.Format("引用传递调用后，结果为：{0},{1}\r\n",newGeneral.Name,newGeneral.Age);

            MessageBox.Show(testStr,"消息",MessageBoxButtons.OK,MessageBoxIcon.Asterisk);
        }        
    }
}

代码说明：

（1）ChangeGeneralInfoFirst(string name,int age)方法中包含两个值类型形式参数，在调用该方法时，如果将General类的对象newGeneral的属性值作为实际参数传递给该方法对应位置的形式参数，为形式参数赋值。调用完该方法后，方法体中代码对形式参数的值进行了改变，并不改变General类的对象newGeneral原来的属性值。

（2）ChangeGeneralInfoSecond(General general)方法中的参数是引用类型，在调用该方法时，如果将General类的对象newGeneral作为实际参数传递（赋值）给该方法的形式参数general，此时newGeneral和general都指向同一个对象。在方法体内如果通过形式参数修改了对象的属性值，那么在方法执行完毕后实际参数general的属性值也会发生改变。

（3）在button1的事件处理过程中，首先创建了General对象，并对Name和Age属性进行了赋值，然后将调用ChangeGeneralInfoFirst和ChangeGeneralSecond方法前后的属性值进行比较。从而得出结论：

如果是值传递，不影响实际参数的值；如果是引用传递，在方法中如果改变了对象的属性，那么实际参数指向的对象的属性也将改变。

“ 值类型用作方法参数时，用实际参数给方法的形式参数赋值时，只是将实际参数的值赋值给形式参数，方法中形式参数的值修改了，实际参数的值，并不改变；

引用类型用作方法参数时，用实际参数给方法的形式参数赋值时，是将实际参数的地址赋值给形式参数，这样一来，方法中形式参数的值修改了，同时也把实际参数的值一并修改。”

我们来看一下程序运行结果，如下图所示：

 特别注意：

引用类型作为方法的形式参数时，

1.如果方法体内的代码是【修改变量本身】时，调用方法时，结果类似值传递，即不会改变传递前的变量的值；

2.如果方法体内的代码是【修改变量的属性或字段】时，调用方法时，才是引用传递，会影响传递前的变量的值。

3.方法的形式参数使用了ref后，才是真正的引用传递。无论方法体内的代码是【修改变量本身】还是【修改变量的属性或字段】，都会影响传递前的变量的值。

关于第2点，上述程序示例中的ChangeGeneralInfoSecond(General general)方法，方法体就是在【修改变量的属性或字段】。

关于第1点，关于方法体【修改变量本身】，我们看下面这个程序示例；

 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

namespace 值传递和引用传递
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }
        /*
         * 引用类型用作形式参数
         * 方法中修改是变量本身，即对象本身时
         * 方法的执行结果，类似值传递，即不会改变方法执行前变量的值
         * */
        void SwapObject(General first,General second)
        {
            General temp = first;
            first = second;
            second = temp;
        }

        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            General one = new General();
            General two = new General();

            one.Name = "张无忌";
            one.Age = 25;

            two.Name = "常遇春";
            two.Age = 30;

            string str = "";
            str = string.Format("SwapObject交换前，结果为：\r\none.Name ={0}，one.Age ={1}\r\ntwo.Name ={2}，two.Age ={3}\r\n", one.Name, one.Age, two.Name, two.Age);
            SwapObject(one,two);
            str += string.Format("SwapObject交换后，结果为：\r\none.Name ={0}，one.Age ={1}\r\ntwo.Name ={2}，two.Age ={3}\r\n", one.Name, one.Age, two.Name, two.Age);

            MessageBox.Show(str, "消息",MessageBoxButtons.OK,MessageBoxIcon.Asterisk);
        }
    }
}

 

程序执行结果为：

为了验证第3点，我们将上述代码的第22行和第42行修改为：

void SwapObject(ref General first,ref General second)

SwapObject(ref one,ref two);

    三.数据类型的划分

    上面例子提到，方法ChangGeneralInfoFirst(string name,int age)的形式参数是值类型，方法ChangeGeneralInfoSecond(General general)的形式参数是引用类型。那么问，我们如何区分一个给定的形式参数，是属于值类型呢还是引用类型呢？

    关于值类型和引用类型的划分，具体见下图：

 　　

 由上表可以得知，string类型是引用类型，但是，上面方法ChangGeneralInfoFirst(string name,int age)的形式参数是值类型。是不是有些矛盾？string类型到底是引用类型还是值类型？

看下面这段代码：

           //值类型
            int a = 1;
            int b = a;
            a = 2;
            string str = "";
            str= string.Format("a={0}\r\nb={1}\r\n",a,b);
            //引用类型
            string str1 = "ab";
            string str2 = str1;
            str1 = "abc";
            str += string.Format("str1={0}\r\nstr2={1}\r\n",str1,str2);

            MessageBox.Show(str,"消息",MessageBoxButtons.OK,MessageBoxIcon.Asterisk);

执行结果：

从运行结果可以看出，str2并没有随着st1的改变而改变。如果string是引用类型，str1和st2应该是指向同一个内存单元，如果st1内容发生变化，st2也应该跟着变化。由此例看，string更像值类型。但是MSDN上明确指出，string类型是引用类型。这是为何呢？究其原因，是因为string类型的对象是不可变的，包括长度和其中的任何字符都是不可以改变的。

string类型的不变性

    string对象称为不可变的（只读），因为一旦创建了该对象，就不能修改该对象的值。有时候看起来似乎改了，实际上string经过了特殊处理，每次改变值时都会建立一个新的string对象，变量会指向这个比较新的对象，而原来的还是指向原来的对象，所以不会改变。这也是string效率低下的原因。如果经常改变string的值则应该使用StringBuilder而不使用string。

在上述例子中，str1 = "ab"，这时在内存中将"ab"存下来，如果在创建字符串对象st2，其值也等于"ab"，即str2 = str1，则并非再重新分配内存空间，而是将之前保存"ab"的地址赋给str2。而当str1 = "abc"，str1的值发生改变时，这时检查内存，发现不存在"abc"的字符串，则重新分配内存空间，存储"abc"，并将其地址付给str1，而str2依旧指向保存字符串"ab"的内存地址。上述例子的结果，可以印证这段解释。

结论

string类型是引用类型，只是编译器对其做了特殊处理。

本文参考文献：

1.《C#程序设计基础与应用》，严健武 严耿超 李彬 主编，2019年7月第1版；

2.C#中值传递和引用传递是什么？

3.string类型到底是值类型还是引用类型？