值类型与引用类型及在内存中的存储

FROM MSDN：

如果数据类型在它自己分配的内存中存的是具体数据，则该数据类型就是“值类型”；如果存储的是指向一个地址的指针，那么该数据类型是“引用类型”。

值类型

值类型包括：

• 所有数字数据类型

• Boolean、Char 和 Date

• 所有结构，即使其成员是引用类型

• 枚举，因为其基础类型总是 SByte、Short、Integer、Long、Byte、UShort、UInteger 或 ULong

引用类型

引用类型包括：

• String

• 所有数组，即使其元素是值类型

• 类类型，如 Form

• 委托

 public string get()        {            mypost op = new mypost();            mypost opp = op;            op.subject = "I am right!";                       string s = "Iamright_str";            set(op,ref s);            return op.subject + "" + s + "" + opp.subject;        }        public void set(mypost op ,ref string str)        {            mypost o = op;            op.subject = "I am wrong!";            str = "Iamwrong_str!";        }

调用GET() 输出：I am wrong!Iamwrong_str!I am wrong!

因为OP,OPP都是引用类型，所以当类的实例OP作为参数传递给SET时，传递的是一个地址，如果实际储存的值（实例）改变，他会跟着改变。OPP存储的地址与OP一致。如图：

但是注意这里，string参数需要加上ref才是传递地址，否则会像值类型一样不改变内容。

这是因为string是特殊的引用类型（编译器对其做了特殊处理），不然MSDN也不会把它单独作为一类。

string最为显著的一个特点就是它具有恒定不变性：我们一旦创建了一个string，在managed heap 上为他分配了一块连续的内存空间，我们将不能以任何方式对这个string进行修改使之变长、变短、改变格式。所有对这个string进行各项操作（比如调用ToUpper获得大写格式的string）而返回的string，实际上另一个重新创建的string，其本身并不会产生任何变化。 
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。有的时候看来似乎修改了，实际是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。

值类型和引用类型在内存中的存储

MSDN：值类型的内容存储在栈(stack)上分配的内存中...引用类型（例如，类或数组的实例）在另一个称为堆(heap)的内存区域中分配

在我们使用类型时，代码里面必然少不了变量的声明，我们先看一下方法内的局部变量的声明，请看如下代码：

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

当一个局部变量声明之后，就会在栈的内存中分配一块内存给这个变量，至于这块内存多大，里面存放什么东西，就要看这个变量是值类型还是引用类型了。

l 值类型

如果是值类型，为变量分配这块内存的大小就是值类型定义的大小，存放值类型自身的值（内容）。比如，对于上面的整型变量i，这块内存的大小就是4个字节（一个int型定义的大小），如果执行i = 5;这行代码，则这块内存的内容就是5（如图-1）。

对于任何值类型，无论是读取还是写入操作，可以一步到位，因为值类型变量本身所占的内存就存放着值。

l 引用类型

如果是引用类型，为变量分配的这块内存的大小，就是一个内存指针（实例引用、对象引用）的大小（在32位系统上为4字节，在64位系统上为8字节）。因为所有引用类型的实例（对象、值）都是创建在堆上的，而这个为变量分配的内存就存放变量对应在堆上的实例（对象、值）的内存首地址（内存指针），也叫实例（对象）的引用。以图形化的方式展现仿佛是变量有一条线指向着它在堆中的实例（有如图-2），而如果变量的类型还没有被实例化，则为零地址（null、空引用）。

以下为执行mc = new MyClass();代码后，内存中的示例：

 

由图-2可知，变量mc中存放的是MyClass实例（对象）的对象引用，如果需要访问mc实例，系统需要首先从mc变量中得到实例的引用（在堆中的地址），然后用这个引用（地址）找到堆中的实例，再进行访问。需要至少2步操作才可以完成实例访问。

l 嵌套类型

“值类型存放在栈上，引用类型存放在堆上” 这个说法并不严谨，因为当类型嵌套时...且看下面的类型定义代码：

public struct MyStruct{          /* 注意：作为结构，内部字段是不能象下面所写那样，在声明时直接初始化的。        * 但这里为了节省篇幅，从表达语义的角度，直接在声明时初始化了        * 此结构的代码无法通过编译的 */         public int i = 5; //值类型         public System.Exception ex = new Exception(); //引用类型}

在MyStruct结构中，有2个字段，一个是值类型的i变量，一个是引用类型的ex变量。这种情况下，内存中应该是一个什么模样呢？

首先，变量i和ex作为MyStruct的成员，必然存放在MyStruct实例的内部，而变量i作为值类型，其值就存放在自身；ex作为引用类型，变量内只存放实例（对象）的引用，而实例（对象）则在堆上创建，因此就有如图-5所示：

这样，值类型MyStruct的引用类型成员在内存上的地址是在Heap上的。同理，引用类型中的值类型其存储地址仍然是Heap而不是Stack。因此更严谨的说法应该是：

值类型变量的值存放在变量内部：若是局部变量，在Stack上；若是引用类型的成员，则在Heap上

引用类型变量的内容存放在堆上（always），变量本身在栈上存放一个指向堆中的引用