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基元类型&引用类型&值类型

作者：追风剑情 发布于：2021-9-17 13:42 分类：C#

一、基元类型

编译器直接支持的数据类型称为基元类型(primitive type)。基元类型直接映射到Framework类库(FCL)中存在的类型。例如，C#的int直接映射到System.Int32类型。

C#基元类型与对应的FCL类型
C#基元类型	FCL类型	符合CLS	说明
sbyte	System.SByte	否	有符号8位值
byte	System.Byte	是	无符号8位值
short	System.Int16	是	有符号16位值
ushort	System.UInt16	否	无符号16位值
int	System.Int32	是	有符号32位值
uint	System.UInt32	否	无符号32位值
long	System.Int64	是	有符号64位值
ulong	System.UInt64	否	无符号64位值
char	System.Char	是	16位Unicode字符(char不像在非托管C++中那样代表一个8位值)
float	System.Single	是	IEEE 32位浮点值
double	System.Double	是	IEEE 64位浮点值
bool	System.Boolean	是	true/false值
decimal	System.Decimal	是	128位高精度浮点值，常用于不容许舍入误差的金融计算。128位中，1位是符号，96位是值本身(N)，8位是比例因子(k)。decimal实际值是±N×10k，其中-28≤k≤0。其余位没有使用。decimal值的处理速度慢于其他基元类型。由于没有相应的 IL 指令来处理 decimal 值，所以 checked 和 unchecked 对 decimal 是无效的。也就是说decimal值运算溢出时总会抛出OverflowException异常。
string	System.String	是	字符数组
object	System.Object	是	所有类型的基类型
dynamic	System.Object	是	对于CLR，dynamic和object完全一致。但C#编译器允许使用简单的语法让dynamic变量参与动态调度。
无	System.Numerics.BigInteger	否	在内部使用UInt32数组来表示任意大的整数，它的值没有上限和下限。但如果值太大，没有足够多的内存来改变数组大小，对 BigInteger 的运算可能抛出 OutOfMemoryException 异常。

只要是符合公共语言规范(CLS)的类型，其他语言都提供了类似的基元类型。但是，不符合CLS的类型语言就不一定要支持了。

算术运算溢出检测

UInt32 invalid = unchecked((UInt32) (-1)); // OK，不执行溢出检测(C#默认行为)

Byte b = 100;
b = checked((Byte) (b + 200)); // 抛出 OverflowException 异常

checked {
    //对代码块进行运算溢出检测
}

unchecked {
    //对代码块不进行运算溢出检测
}

如果要对所有代码执行溢出检测，可以使用编译开关 /checked+ (开启后会降低程序性能)。对所有代码关闭运算溢出检测 /checked- 。

Microsoft Visual Studio 中更改Checked设置(项目属性->生成->高级->勾选检查算术溢出)

二、引用类型和值类型

引用类型总是从托管堆分配，C#的new操作符返回对象内存地址。值类型的实例一般在线程栈上分配。值类型的实例不受垃圾回收器的控制。因此，值类型的使用缓解了托管堆的压力，并减少了应用程序生存期内垃圾回收次数。所有类对象都是引用类型，所有结构和枚举都是值类型。所有值类型都继承 System.ValueType，所有枚举类型都继承 System.Enum，所有值类型都隐式密封无法被继承。

在定义结构时，可以使用StructLayoutAttribute特性控制字段布局。
LayoutKind.Auto: 让CLR自动排列字段。
LayoutKind.Sequential: 让CLR保持你的字段布局。
LayoutKind.Explicit: 利用偏移量在内存中显式排列字段。用来模拟C/C++中的union

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
// 让CLR自动排列字段以增加这个值类型的性能
[StructLayout(LayoutKind.Auto)]
internal struct SomeValType {
   private readonly Byte m_b;
   private readonly Int16 m_x;
   ...
}

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
// 开发人员显式排列这个值类型的字段
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
internal struct SomeValType {
   //m_b和m_x字段在该类型的实例中相互重叠
   [FieldOffset(0)]
   private readonly Byte m_b;
   [FieldOffset(0)]
   private readonly Int16 m_x;
}

三、值类型的装箱和拆箱

[官方文档] 装箱和取消装箱

官方文档解释:
      装箱是将值类型转换为 object 类型或由此值类型实现的任何接口类型的过程。 常见语言运行时 (CLR) 对值类型进行装箱时，会将值包装在 System.Object 实例中并将其存储在托管堆中。 取消装箱将从对象中提取值类型。 装箱是隐式的；取消装箱是显式的。 装箱和取消装箱的概念是类型系统 C# 统一视图的基础，其中任一类型的值都被视为一个对象。

将值类型赋给引用类型变量时会进行装箱操作，反之，将装箱后的对象赋给值类型变量时会进行拆箱操作。拆箱的代价比装箱低得多。拆箱是一个获取指针的过程，没有字节在内存中复制。

值类型装箱操作
1、在托管堆中分配内存。分配的内存量是值类型各字段所需的内存量，还要加上托管堆所有对象都有的两个额外成员（类型对象指针和同步块索引）所需的内存量。
2、值类型的字段复制到新分配的堆内存。
3、返回对象地址。现在该地址是对象引用；值类型成了引用类型。

泛型集合类(例如，System.Collections.Generic.List)，在对值类型操作时，不会进行装箱和拆箱操作。

由于未装箱值类型没有同步块索引，所以不能使用 System.Threading.Monitor 类型的方法（或者 C# lock 语句）让多个线程同步对实例的访问。

四、对象哈希码

如果你定义的类型重写了 Equals 方法,还应该重写 GetHashCode 方法。类型定义 Equals 之所以还要定义 GetHashCode ，是由于 System.Collections.Hashtable 类型、System.Collections.Generic.Dictionary 类型以及其他一些集合的实现，要求两个对象必须具有相同哈希码才被视为相等。所以，重写 Equals 就必须重写 GetHashCode，确保相等性算法和对象哈希码算法一致。包含相同值的不同对象应返回相同哈希码。

五、dynamic 基元类型

dynamic本质上是object类型。

dynamic d = 123; // 从 Int32 隐式转型为 dynamic（装箱）
Int32 n = d; // 从 dynamic 隐式转型为 Int32 (拆箱)

System.Dynamic、 IDynamicMetaObjectProvider、 DynamicMetaObject、StaticMemberDynamicWrapper

dynamic stringType = new StaticMemberDynamicWrapper(typeof(String));
var r = stringType.Concat("A", "B"); // 动态调用String的静态Concat方法

标签: C#