C#中ref和out的原理

去年在CSDN上寫的，現在把它搬過來。

一、引發問題

用了那么久的 ref 和 out ,你真的了解它們是如何使得實參與形參的值保持同步的嗎？

二、研究前提

要研究這個問題，前提是要了解 C# 中方法間參數是如何傳遞的：

1.CLR支持兩種類型：值類型和引用類型。

     a. 值類型：值一般保存在線程棧上，作為類對象的字段時保存在堆上。

     b. 引用類型：對象實例保存在堆上，引用保存在線程棧上，值類型可以通過裝箱變為引用類型。

//表示引用類型
class Ref
{
    private int _x;
    public int X
    {
        get => _x;
        set
        {
            _x = value;
        }
     }
}

static void TestValAndRef()
{
    //第一部分
    int a1 = 5;
    var ref1 = new Ref()
    {
        X = 5
    };

    //第二部分
    int a2 = a1;
    a2 = 10;
    var ref2 = ref1;
    ref2.X = 10;
}

上述代碼執行時變量的存儲情況：

​

2.參數傳遞方式分為傳值和傳引用兩種。

3.對於CLR來說，使用out和ref都會生成相同的IL代碼，並且元數據除了一個bit（用於記錄聲明方法時指定的是out還是ref）外，完全一致。

//測試ref
static void TestRef(ref Ref r)
{
    r = new Ref()
    {
        X = -1
    };
}

//測試out
static void TestOut(out Ref r)
{
    r = new Ref()
    {
        X = -1
    };
}

static void Main(string[] args)
{
    var ref1 = new Ref()
    {
        X = 10
    };

    TestRef(ref ref1);
    TestOut(out Ref ref2);
}

以上代碼編譯出來的IL為：

​

​

可以看到，TestRef和TestOut方法對應的IL完全相同！

4.在CLR中，方法的參數以及返回值都是通過棧來保存的，這些形參雖然表示的東西和實參看起來時一致的，但是實際上是分開存儲的，即形參和實參是兩個不同的變量。

三、研究問題

1.CLR默認所有方法參數傳遞方式都是傳值：

    a.對於值類型來說，傳遞的是值的副本。例如線程棧中 a1 的值：5。

    b.對於引用類型來說，傳遞的是對象的引用，而引用本身是傳值的，調用方法內用形參把引用存起來，如果在調用方法內部更改了形參內保存的引用(new一個新對象或用對其賦另一個對象)，那么該形參就與實參斷了聯系，隨后的修改對實參不起作用；但如果引用未被改變的情況下進行了更改，實際上就是對實參進行的更改。例如線程棧中 ref1 的值：類型對象的引用。

2.當使用了ref或out后，C#傳值方式就變為了傳引用，類似於 C 中的 &a1，我想這里的&就是對應的ref和out吧：

    a.對於值類型來說，傳遞的是對值的引用（可以理解為值的地址，類似於引用類型的傳值方式）=> &形參，去掉&，剩下的形參實際上就是實參，所以這個形參中保存的引用永遠不會被改變，也就是始終更改的是實參的值。例如對線程棧中 a1 的引用。

    b.對於引用類型來說，傳遞的是對變量的引用（可以理解為指向實例對象引用的棧地址的引用，通俗的講就是對象的引用是保存在棧的某個地址上，這里傳遞的就是對於該地址的引用）=>  &形參，這樣就保證了調用方法內部使用的就是實參對象，而不是其引用的副本，所以任何更改都是對實參進行更改的。例如對線程棧中 ref1 的引用。

疏漏之處在所難免，如果有理解不對的地方請在下方留言，謝謝！