CLR-2-2-引用类型和值类型

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-02 22:10:10

引用类型和值类型,是一个老生常谈的问题了。装箱拆箱相信也是猿猿都知,但是还是跟着CLR via C#加深下印象,看有没有什么更加根本和以前被忽略的知识点。

引用类型:

引用类型有哪些这里不过多赘述,来关心一下它在计算机内部的实际操作,引用类型总是从托管堆分配,线程栈上存储的是指向堆上数据的引用地址,首先确立一下四个事实:

所以引用类型对性能是有显著影响的。

值类型:

值类型是CLR提供的轻量级类型,它把实际的字段存储在线程栈上

值类型不受垃圾回收器的限制,所以它的存在缓解了托管堆的压力,也减少了垃圾回收的次数。

值类型都是派生自System.ValueType

所有值类型都是隐式密封的,目的是防止将值类型作为其他引用类型的基类

值类型初始化为空时,默认为0,它不像引用类型是指针,它不会抛出NullReferenceException异常,CLR还为值类型提供了可控类型。

误区防范:根据我自己的经验,要避免对引用类型值类型赋值的错误认识,我们先需要清楚,定义值类型,引用类型的底层实际操作,下面先根据流程图了解一下:

例子:

 1 class SomeRef{public int x;}  2 struct SomeVal{public int x;}  3   4 staic void Test  5 {  6 SomeRef  r1=new SomeRef();  7 SomeVal v1 =new SomeVal();  8   9 r1.x=5; 10 v1.x=5; 11  12 SomeRef  r2=r1; 13 SomeVal v2 =v1; 14 r1.x=8; 15 v1.x=9; 16  17 string a="QWER"; 18 string b=a; 19 a="TYUI"; 20 }

这样类似的例子,相信只要讲到引用类型,值类型,就一定会见到,继续复习一下。

首先揭晓几轮复制后的结构:r1.x=8,r2.x=8 v1.x=9 v2.x=5 a="TYUI" b="QWER"

简单分析一下:

r1 ,r2在线程栈上存储的是同一个指向内存堆的地址,当r1值改变时,其实是直接改变内存堆里的内容,自然r1,r2全部变成了8。

而v1,v2是独立存储在线程栈上的,v1值改变时,只是单单改变v1线程栈里的值,自然v2=5,v1=9。

而a,b的值为什么不像上面r1.x一样变化呢,它们不是引用类型吗,这就需要去看看上面的流程图,因为你在给a改变赋值时,其实是在托管堆上开辟了一个新的空间,你传给a的是一个新的地址,而b还指向原来的老地址。

结合上面的三个图和示例,对于引用类型和值类型构建相信应该有一个清楚的理解了。

使用值类型的一些建议:

值类型相对于引用类型,性能上更有优势,但是考虑在业务上的问题,值类型一般需要满足下面的全部条件,才是适合定义为值类型:

不可变类型(immutable)。事实上,对于许多值类型,我们都建议将全部字段标记为readonly

类型大小也应考虑:

因为实参默认以传值方式传递,造成对值类型实例中的字段进行复制,如果值类型过于大会对性能造成损害。

同样,当顶一个值类型的方法返回时,实例中的字段会复制到调用者分配的内存,也可能造成性能的损害。

所以,必须满足以下任意条件:

值类型的局限:

值类型的装箱拆箱:

例如,ArrayList不断的添加值类型进入数组时,就会发生不断的装箱操作,因为它的Add方法参数是object类型,自然装箱就不可避免,自然也会造成性能的损失(FCL现在提供了泛型集合类,System.Collection.Generic.List<T>,它不需要装箱拆箱操作。使得性能提升不少)。

装箱相关的含义相信不用过多解释,我们来关心一下,内存中的变化,看看它是如何对性能造成影响的。

装箱:

然后,一个值类型就变成了引用类型。

拆箱:

拆箱的代价比装箱小得多

装箱拆箱注意点:

 1     internal struct Point : IComparable  2     {  3         private Int32 m_x,m_y;  4         public Point(int x,int y)  5         {  6             m_x = x;  7             m_y = y;  8         }  9  10         public override string ToString() 11         { 12             return String.Format("({0},{1})", m_x.ToString(), m_y.ToString()); 13         } 14  15  16         public int CompareTo(Point p) 17         { 18             return Math.Sign(Math.Sqrt(m_x * m_x + m_y * m_y) - Math.Sqrt(p.m_x * p.m_x + p.m_y * p.m_y));           19         } 20  21         public int CompareTo(object obj) 22         { 23             if (GetType() != obj.GetType()) 24             { 25                 throw new ArgumentException("o is not a point"); 26             } 27            return CompareTo((Point)obj); 28         }  29     }
 1         static void Main(string[] args)  2         {  3             //在栈上创建两个实例  4             Point p1 = new Point(10,10);  5             Point p2 = new Point(10,20);  6   7             //调用Tostring不装箱  8             Console.WriteLine(p1.ToString());  9  10             //调用非虚方法GetType装箱 11             Console.WriteLine(p1.GetType()); 12  13             //调用CompareTo,不装箱 14             Console.WriteLine(p1.CompareTo(p2)); 15  16             //p1装箱  17             IComparable C = p1; 18             Console.WriteLine(C.GetType()); 19  20             //不装箱,调用的CompareTo(object) 21             Console.WriteLine(p1.CompareTo(C)); 22  23              //不装箱,调用的CompareTo(object) 24             Console.WriteLine(p1.CompareTo(p2)); 26  27             Console.ReadKey(); 28         }

1.调用ToString

不装箱,因为ToString是从ValueType继承的虚方法,中间没有类型转换的发生,不需要进行装箱,另外注意的是:Equals,GetHashCode,ToString都是从ValueTye继承的虚方法,由于值类型都是密封类,无法派生,所以只要你的值类型重写了这些方法,并没有去调用基类的实现,那么是不会发生装箱的,如果你去调用基类的实现,或者你没有实现这些方法,那么还是可能发生装箱。

2.调用GetType

GetType是继承自Object,并且不能被重写,所以无论如何值类型对其调用都会发生装箱,另外MemberwiseClone方法也是如此。

3.第一次调用CompareTo方法

4.p1转换为ICompable

确认过眼神,这一定是一个装箱。

5.第二次调用CompareTo方法

虽然这次调用的是参数为object的方法,但是注意的是:首先我们Point实现了这个重载,另外传进去的是个ICompable,自然不会发生装箱(另外,如果Point本身没有这个方法呢?当然会装箱,因为它不得不去调用父类的方法,而父类是一个引用类型,自然需要进行一次装箱操作)

6.第三次调用CompareTo方法

c是ICompable,而ICompable在托管堆上也有对应的方法,也不会有装箱发生。

 5  internal struct point  6   {  7         private int m_x,m_y;  8       9         pulic point(int x,int y) 10       { 11           m_x=x; 12           m_y=y; 13       } 14   15      public void change(int x,int y) 16     { 17          m_x=x; 18          m_y=y; 19     }  20   21     public ovveride String ToString() 22      { 23          return String.Format("{0},{1}",m_x.ToString.m_y.ToString()); 24      }  25   26  }  

 1 public static void Main()  2 {  3   Point p = new Point(1,1);  4   Console.WriteLine(p);  5   6   p.Change(2,2);  7   Console.WriteLine(p);  8   9   Object o=p; 10   Console.WriteLine(o); 11  12   ((Point) o).Change(3,3); 13   Console.WriteLine(o); 14 }

结果

 1      internale interface IChangeBoxedPoint  2      {  3           void Change(int x,int y);  4      }   5    internal struct point  6     {  7           private int m_x,m_y;  8         9           pulic point(int x,int y) 10       { 11            m_x=x; 12            m_y=y; 13        } 14    15       public void change(int x,int y) 16      { 17           m_x=x; 18           m_y=y; 19      }  20    21      public ovveride String ToString() 22       { 23           return String.Format("{0},{1}",m_x.ToString.m_y.ToString()); 24       }  25  26   }  
 1 public static void Main()  2 {  3    Point p =new p(1,1);  4    Console.WriteLine(p);  5      6    p.Change(2,2);  7    Console.WriteLine(p);  8      9    Objec o =p; 10    Console.WriteLine(o); 11     12   ((Point) o).Change(3,3); 13   Console.WriteLine(o); 14    15   ((IChangeBoxedPoint) p).Change(4,4); 16   Console.WriteLine(p); 17    18   ((IChangeBoxedPoint) o).Change(5,5); 19   Console.WriteLine(o); 20 }

结果:前面四次的结果应该是显而易见了,(1,1)(2,2) (2,2) (2,2),那么第五次呢,来简单分析一下p装箱为IChangeBoxedPoint,然后把堆上对应的p的m_x,m_y改为4,4,但是对p输出时堆上的内容不仅回收了,而且输出的是原来p线程栈上的内筒,仍然还是刚刚的(2,2),第六步,o没有任何装箱拆箱操作,当然是预期的(5,5)

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