大家都知道要學(xué)好 .NET，深入了解值類型和引用類型是必不可少的。在這里我給大家簡單分析一下它們內(nèi)存分配的區(qū)別和聯(lián)系。

在分析之前，我們先行構(gòu)造出一個(gè)最簡單的類引用類型：

        public class MyClass
{
}
      

局部變量的聲明

在我們使用類型時(shí)，代碼里面必然少不了變量的聲明，我們先看一下方法內(nèi)的局部變量的聲明，請看如下代碼：

        private static void Main()
{
int i;
MyClass mc;
i = 5;
mc = new MyClass();
}
      

當(dāng)一個(gè)局部變量聲明之后，就會(huì)在棧的內(nèi)存中分配一塊內(nèi)存給這個(gè)變量，至于這塊內(nèi)存多大，里面存放什么東西，就要看這個(gè)變量是值類型還是引用類型了。

l?值類型

如果是值類型，為變量分配這塊內(nèi)存的大小就是值類型定義的大小，存放值類型自身的值（內(nèi)容）。比如，對于上面的整型變量 i，這塊內(nèi)存的大小就是 4個(gè)字節(jié)（一個(gè) int型定義的大小），如果執(zhí)行 i = 5;這行代碼，則這塊內(nèi)存的內(nèi)容就是 5（如圖 -1）。

對于任何值類型，無論是讀取還是寫入操作，可以一步到位，因?yàn)橹殿愋妥兞勘旧硭嫉膬?nèi)存就存放著值。

• 引用類型

如果是引用類型，為變量分配的這塊內(nèi)存的大小，就是一個(gè)內(nèi)存指針（實(shí)例引用、對象引用）的大小（在 32位系統(tǒng)上為 4字節(jié)，在 64位系統(tǒng)上為 8字節(jié)）。因?yàn)樗幸妙愋偷膶?shí)例（對象、值）都是創(chuàng)建在堆上的，而這個(gè)為變量分配的內(nèi)存就存放變量對應(yīng)在堆上的實(shí)例（對象、值）的內(nèi)存首地址（內(nèi)存指針），也叫實(shí)例（對象）的引用。以圖形化的方式展現(xiàn)仿佛是變量有一條線指向著它在堆中的實(shí)例（有如圖 -2），而如果變量的類型還沒有被實(shí)例化，則為零地址（ null、空引用）。

以下為執(zhí)行 mc = new MyClass ();代碼后，內(nèi)存中的示例：

由圖 -2可知，變量 mc中存放的是 MyClass實(shí)例（對象）的對象引用，如果需要訪問 mc實(shí)例，系統(tǒng)需要首先從 mc變量中得到實(shí)例的引用（在堆中的地址），然后用這個(gè)引用（地址）找到堆中的實(shí)例，再進(jìn)行訪問。需要至少 2步操作才可以完成實(shí)例訪問。

類型賦值

另一個(gè)常見的操作就是類型的賦值操作，即變量之間的賦值。由于值類型和引用類型的變量內(nèi)部存放的內(nèi)容不同，導(dǎo)致在變量賦值的時(shí)候，會(huì)有相同的行為而有不同的結(jié)果。

• 值類型

請看如下代碼：

        private void SomeMethod()
{
int i, j;
i = 5;
j = i;
j = 10;
}
      

相信大家一定都知道最后的結(jié)果是 i:5， j:10。不過在 .NET中， int類型也是一個(gè)結(jié)構(gòu)，不但可以存放整數(shù)值，還有一系列的方法和屬性可以使用，而非我們以前學(xué) C語言時(shí)的那種單純 int存放一個(gè)整數(shù)的概念。所以我們現(xiàn)在看針對 int的代碼，其實(shí)也是在看針對 struct類型的代碼。

對于值類型的賦值語句“ j = i”，請看圖 -3：

在執(zhí)行 j = i;語句時(shí)，變量 i中的內(nèi)容被復(fù)制了一份，然后放到了變量 j中，此時(shí)變量 i和 j都有一個(gè)值為 5，同時(shí)也可以看出， i和 j的值現(xiàn)在互不相干，完全獨(dú)立，所以任意修改其中的某個(gè)變量的值，不會(huì)影響到另外一個(gè)。

• 引用類型

請看如下代碼：

        private void SomeMethod()
{
MyClass x, y;
x = new MyClass();
y = x;
}
      

代碼中先對 x進(jìn)行了實(shí)例化，然后將 x賦值到 y，這段代碼的結(jié)果請看圖 -4：

當(dāng)執(zhí)行 y = x;代碼時(shí)，變量 x中的內(nèi)容同樣復(fù)制了一份，然后放到了變量 y之中，但是因?yàn)樽兞?x中存放是一個(gè)類型實(shí)例（對象）的引用，因此這次賦值操作等同于把這個(gè)引用傳遞給了變量 y，結(jié)果就是 x和 y中的引用指向堆中同一個(gè)類型的實(shí)例（對象）。

你可以使用 x的引用去修改 MyClass實(shí)例（對象），然后用 y的引用得到修改后的 MyClass實(shí)例（對象），反之亦可，因?yàn)?x和 y引用的是同一個(gè)實(shí)例（對象）。

復(fù)雜類型的內(nèi)存布局概述

以上內(nèi)容是以值類型或者引用類型為一個(gè)整體敘述值類型和引用類型的變量聲明和賦值的情況。下面我們看看值類型和引用類型內(nèi)部含有其他類型成員變量（一般稱為字段）的情況。雖然看起來情況似乎復(fù)雜了一點(diǎn)，但是只要我們可以把握住值類型的值存放在值類型變量內(nèi)部，而引用類型的值在堆中存放，引用類型的變量只存放對它實(shí)例（對象）的引用這個(gè)原則，就可以很清晰的做出分析。

• 值類型

且看下面的類型定義代碼：

        public struct MyStruct
{
/* 注意：作為結(jié)構(gòu)，內(nèi)部字段是不能象下面所寫那樣，在聲明時(shí)直接初始化的。
* 但這里為了節(jié)省篇幅，從表達(dá)語義的角度，直接在聲明時(shí)初始化了
* 此結(jié)構(gòu)的代碼無法通過編譯的 */
public int i = 5; //值類型
public System.Exception ex = new Exception(); //引用類型
}
      

在 MyStruct結(jié)構(gòu)中，有2個(gè)字段，一個(gè)是值類型的i變量，一個(gè)是引用類型的ex變量。這種情況下，內(nèi)存中應(yīng)該是一個(gè)什么模樣呢？

首先，變量 i和ex作為MyStruct的成員，必然存放在MyStruct實(shí)例的內(nèi)部，而變量i作為值類型，其值就存放在自身；ex作為引用類型，變量內(nèi)只存放實(shí)例（對象）的引用，而實(shí)例（對象）則在堆上創(chuàng)建，因此就有如圖-5所示：

• 引用類型

且看下面的類型定義代碼：

        public class MyClass
{
MyStruct ms = new MyStruct();          //上面所述的MyStruct結(jié)構(gòu)
System.Random r = new Random();   //引用類型
}
      

在 MyClass中，有2個(gè)字段成員，一個(gè)是我們上面的所定義的MyStruct結(jié)構(gòu)值類型ms，另外一個(gè)是Random類類型r。

這里我們把情況再變得復(fù)雜一些了，因?yàn)?MyStruct內(nèi)部還有值類型和引用類型的字段，這時(shí)候內(nèi)存中是一幅什么景象呢？我們要記住，不管情況多么復(fù)雜，把握住值類型和引用類型的特點(diǎn)，慢慢分析，總會(huì)得到正確的結(jié)果，正如圖-6所示：

作為引用類型的實(shí)例（對象），無論什么情況，都是在堆中的。而 MyStruct結(jié)構(gòu)作為MyClass的成員，它也在MyClass實(shí)例所占的堆內(nèi)存中，而且因?yàn)橹殿愋偷闹凳窃谧陨泶娣诺模跃褪菆D-6中看到的結(jié)果。整個(gè)圖-6，所有的值類型和引用類型的布局，都完全負(fù)責(zé)值類型和引用類型的特點(diǎn)，沒有例外。

• 總結(jié)

以前在問起值類型和引用類型有什么區(qū)別的時(shí)候，經(jīng)常聽到同學(xué)說“值類型存放在棧上，引用類型存放在堆上”。其實(shí)這么說并不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)楫?dāng)值類型作為引用類型的一個(gè)成員的時(shí)候，它的值是內(nèi)嵌在引用類型實(shí)例內(nèi)部在堆上存放的。我認(rèn)為，正確的說法應(yīng)該是：值類型變量的值存放在變量內(nèi)部，而引用類型變量的值存放在堆上，變量本身存放一個(gè)指向堆中的值的引用。同時(shí)我們也可以看到在 2個(gè)變量賦值的時(shí)候，值類型和引用類型的差別，值類型將自身的值復(fù)制給對方，之后，2方互不相干；引用類型把引用復(fù)制給對方，從而雙方都指向同一個(gè)堆中的實(shí)例，其中任何一方對實(shí)例做出修改，都會(huì)在另一方的操作中得到反映。最后我們通過復(fù)雜類型的內(nèi)部成員的內(nèi)存布局情況，進(jìn)一步了解了值類型和引用類型的內(nèi)存布局情況。

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淺析值類型與引用類型的內(nèi)存分配