值類型和引用類型
本篇筆記結合了《CLR Via C#》和《C# in Depth》兩本書中講述的值類型和引用類型的區別和特性、值類型的裝箱和拆箱這兩部分內容。
但我根據裝箱部分的理解所整理出來的配圖可能會有錯誤和遺漏，希望能有人來指正。
現實世界中的值和引用
報紙與值類型
先假設你正在讀的是一份真正的報紙。為了給朋友一份，需要影印報紙的全部內容並交給他。屆時，他將獲得屬於他自己的一份完整的報紙。
在這種情況下，我們處理的是值類型的行為。所有信息都在你的手上，不需要從任何其他地方獲得。制作了副本之后，你的這份信息和朋友的那份是各自獨立的。可以在自己的報紙上添加一些注解，他的報紙根本不會改變。
網址與值類型
再假設你正在讀的是一個網頁。你需要給朋友的就是網頁的URL。這是引用類型的行為，URL代替引用。為了真正讀到文檔，必須在瀏覽器中輸入URL，並要求它加載網頁來導航引用。
另一方面，假如網頁由於某種原因發生了變化，你和你的朋友下次載入頁面時，都會看到那個改變。
在C#和.NET中，值類型和引用類型的差異與現實世界中的差別類似。
誰是值類型或引用類型
.NET中的大多數類型都是引用類型，除了以下總結的特殊情況，類是引用類型，而結構是值類型。特殊情況包括如下方面：
①數組類型是引用類型，即使元素類型是值類型（所以即便 int 是值類型， int[] 仍是引用類型）；
②枚舉（使用 enum 來聲明）是值類型；
③委托類型（使用 delegate 來聲明）是引用類型；
④接口類型（使用 interface 來聲明）是引用類型，但可由值類型實現。
值類型和引用類型的基礎知識
值類型
大多數表達式都有與其相關的靜態類型。對於值類型的表達式，它的值就是表達式的值。
值類型都隱式密封，目的是防止將值類型用作其他引用類型或值類型的基類型。
雖然不能在定義值類型時為他選擇基類型，但如果願意，值類型可實現一個或多個接口。
引用類型
對於引用類型的表達式，它的值是一個引用，是new操作符返回對象內存地址——即指向對象數據的內存地址。
使用引用類型的四個事實
使用引用類型必須留意性能問題。首先要認清楚以下四個事實。
1.內存必須從托管堆分配。
2.堆上分配的每個對象都有一些額外成員，這些成員必須初始化。
3.對象中的其他字節（為字段而設）總是設為零。
4.從托管堆分配對象時，可能強制執行一次垃圾回收。
二者在內存中的區別
Point 類型可以實現為結構或類。
Point p1 = new Point(10, 20); Point p2 = p1;
左部分指出當 Point 是引用類型時所涉及的值，右部分展示了當Point 是一個值類型時的情形。
①在 Point 是引用類型的情況下，那個值是引用： p1 和 p2 都引用同一個對象。
②在 Point 是值類型的情況下， p1 的值是一個完整的數據，也就是 x 和 y 值。將 p1 的值賦給 p2 ，會復制 p1 的所有數據。
聲明值類型的條件
除非滿足以下全部條件，否則不應將類型聲明為值類型
①類型沒有提供會更改其字段的成員，也就是說該類型是不可變類型，建議將絕大多數的值類型的字段都編輯為readonly。
②類型不需要從其他任何類型繼承，類型也不派生出其他任何類型。
③類型的實例較小（16字節或更小）；或者類型的實例較大（大於16字節），但不作為方法實參傳遞，也不從方法返回。
值類型和引用類型的區別
值類型的主要優勢是不作為對象在托管堆上分配。與引用類型相比，值類型也存在自身的一些局限。下面列出了二者的一些區別。
①值類型對象有兩種表示形式：未裝箱和已裝箱。引用類型則總是處於已裝箱形式。
②定義自己的值類型時應重寫Equals和GetHashCode，並提供他們的顯式實現。
③不應在值類型中引入任何新的虛方法。所有方法都不能是抽象的，所有方法都隱式密封。
④引用類型的變量包含堆中對象的地址。引用類型的變量創建時默認初始化為null。值類型的變量總是包含其基礎類型的一個值，所有成員都初始化為0。
⑥值類型變量賦值給另一個值類型變量，逐字段地復制。引用類型賦值，只復制地址。
⑦未裝箱的值類型不在堆上分配。一旦定義了該類型的一個實例的方法不再活動，
為他們分配的存儲就會被釋放，而不是等着進行垃圾回收。
值類型的裝箱和拆箱
值類型比引用類型輕，是他們不作為對象在托管堆中分配，不被垃圾回收，也不通過指針進行引用。但許多時候都需要獲取對值類型實例的引用。
舉個例子
例如假定要創建ArrayList對象來容納一組Point結構。
struct Point{ public Int32 x,y; } //測試類 ArrayList list = new ArrayList(); Point p;//分配一個Point，不再堆中分配 for(Int32 i = 0;i<10;i++){ p.x = p.y = i;//初始化值類型中的成員 list.Add(p);//對值類型裝箱，將引用添加到ArrayList中 } //本例的Add方法原型 public virtual Int32 Add(Object value);
可以看出Add獲取的是一個Object參數，也就是說Add獲取對托管堆上的一個對象的引用來作為參數。
但代碼傳遞的是Point是值類型。為了使代碼正確工作，Point值類型必須轉換成真正的、在堆中托管的對象，而且必須獲取對該對象的引用。
裝箱機制
將值類型轉換成引用類型要使用裝箱機制。下面總結了對值類型的實例進行裝箱時發生的事情。
①在托管堆中分配內存。分配的內存量是值類型各字段所需的內存量，還要加上托管堆所有對象都有的兩個額外成員所需的內存量。
②值類型的字段復制到新分配的堆內存。
③返回對象地址。現在該地址是對象引用，值類型成了引用類型。
在運行時，當前存在於Point值類型實例p中的字段復制到新分配的Point對象中。已裝箱Point對象的地址返回並傳給Add方法。
Point對象一直存在於堆中，直到被垃圾回收。Point值類型變量可被重用，因為ArrayList不知道關於他的任何事情。
在這種情況，已裝箱值類型的生存期超過了未裝箱值類型的生存期。
拆箱
假定要用以下代碼獲取ArrayList的第一個元素。
Point p=(Point) a[0];
獲取ArrayList的元素0包含的引用或指針，試圖將其放到Point值類型的實例p中。
為此已裝箱Point對象中的所有字段都必須賦值到值類型變量p中，后者在線程棧上。CLR分兩步完成復制。
①獲取已裝箱Point對象中的各個Point字段的地址。這個過程稱為拆箱。
②第二步將字段包含的值從堆復制到基於棧的值類型實例中。
拆箱不是直接將裝箱過程倒過來，其代價比裝箱低得多。拆箱就是獲取指針的過程，該指針指向包含在一個對象中的原始值類型（數據字段）。
指針指向的是已裝箱實例中的未裝箱部分。所以和裝箱不同，拆箱不要求在內存中復制任何字節。往往緊接着拆箱發生一次字段復制。
已裝箱值類型實例在拆箱時，內部發生這些事。
①如果包含“對已裝箱值類型實例的引用”的變量變為null，拋出NullReferenceException異常。
②如果引用的對象不是所需值類型的已裝箱實例，拋出InvalidCastException異常。
第二條意味着在對象進行拆箱時，只能轉型為最初未裝箱的值類型。
//錯誤 Int32 x=5; Object o=x;//對x裝箱，o引用已裝箱對象 Int16 y=(Int16)o;//拋出InvalidCastExcrption異常 //正確 Int32 x=5; Object o=x;//對x裝箱，o引用已裝箱對象 Int16 y=(Int16)(Int32)o;//先拆箱為爭取類型，再轉型