2014-05-26

C#未分類菜單-『實值型別與參考型別的記憶體配置』

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摘要:C#未分類菜單-『實值型別與參考型別的記憶體配置』

~哀悼~ 給予不幸的人。

~本文主題~

『實值型別與參考型別』

『Stack與Heap記憶體配置說明』

~正文開始~

實值型別與參考型別

在C#中資料型別(Type)有分為兩種，『實值(Value)』與『參考(Reference)』，這種型別有何不同?

最簡單的區分法為

實質型別:即變數的記憶體(Stack)空間裡存放的為『內容(值)』。

參考型別:即變數的記憶體空間(Stack)裡存放的為『Heap記憶體位址』。

實質型別共有15種，如下表。

型態類別	關鍵字	位元數	範圍	預設值
整數	byte	8	0至255	0
整數	sbyte	8	-128至127	0
整數	short	16	-32,768至32,767	0
整數	ushort	16	0至65,535	0
整數	int	32	-2,147,483,648至2,147,483,647	0
整數	uint	32	0至4,294,967,295	0
整數	long	64	-9,223,372,036,775.808至9,223,372,036,775.807	0L
整數	ulong	64	0至18,446,744,073,709,551,615	0
浮點數	float	32	-3.402823e38至3.402823e38	0.0F
浮點數	double	64	-1.79769313486232e308至1.79769313486232e308	0.0D
浮點數	decimal	128	(-7.9 x 1028 至 7.9 x 1028) / (100 至 28)	0.0M
字元	char		Unicode字元	'\0'
字元	bool		True或false	false
列舉	enum		自行訂義	由運算式 (E)0 所產生的值，而 E 是列舉識別項
結構	struct		自行訂義	這個值是由將所有實值型別欄位設定為其預設值，且所有參考型別欄位設定為 null 所產生

(參考資料:MSDN與程式語言教學日誌)

參考型別列表。

型態類別	關鍵字
類別	Class
字串	String
介面	Interface
委派	delegate
	dynamic
物件	object

(參考資料:MSDN)

Stack與Heap

.NET的CLR(備註)在記憶體中將資料分成兩個區域為『Stack』與『Heap』，這邊我們用個簡單的範例來說明，什麼東西該放入Stack而什麼東西又該放入Heap。我們範例將區分為兩種進行分別為實值型別(Int與Struct) 和參考型別 (Class)。

實值型別(Value Type)範例

建立一個Car_Struct 結構來進行範例說明。


 struct  Car_Struct
    {
        private int speed;
        private int power;

        public Car_Struct(int speed, int power)
        {
            this.speed = speed;
            this.power = power;
        }

        public int Speed
        {
            get { return speed; }
            set { speed = value ; }
        }
        public int Power
        {
            get { return power; }
            set { power = value ; }
        }

        public void Run()
        {
            Console.WriteLine("My Car_Strucct Run ~~~Speed=" + speed.ToString() + " Power=" + power.ToString());
        }

    }

 private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
             Car_Struct mycar_st;
             mycar_st = new Car_Struct (10, 10);
             Car_Struct mycar_st_test;
             mycar_st_test = mycar_st;
              mycar_st_test.Speed = 20;
             mycar_st_test.Power = 20;
             mycar_st.Run();
   }

我們在Button的Click事件來進行這個結構的測試，並將說明每一行程式在記憶體區域的變化。

首先執行第一行 Car_Struct mycar_st;。如下圖，會先產生變數mycar_st，目前還是Null。

執行第二行，進行實體化，mycar_st會存放Car_Struct物件裡的內容。如下圖。


 mycar_st = new Car_Struct (10, 10);

然後在建立一個新的變數 mycar_st_test，則記憶體區域會為下圖，配值新的記憶體空間給mycar_st_test。


 Car_Struct mycar_st_test;

在將mycar_st傳至mycar_st_test 則，這行你可以想成複製整個內容過去。


mycar_st_test = mycar_st;

再修改mycar_st_test 的欄位，由於mycar_st_test為實值型別，與mycar_st算是不同的東西，因此

修改mycar_st_test 裡的欄位不會影響到mycar_st。如下圖。


 mycar_st_test.Speed = 20;
 mycar_st_test.Power = 20;

執行結果，如果該處執行mycar_st_test則結果就為Speed=20 , Power =20。


 mycar_st.Run();

參考型別(Reference Type)簡單範例說明

首先來簡單的建立一個Car類別。該類別與上面所建立的Struct內容相同。


class Car
    {
        private int speed;
        private int power;

        public Car(int speed,int power)
        {
            this.speed = speed;
            this.power = power;
        }

        public void Run()
        {
            Console.WriteLine("My Car Run ~~~" + speed.ToString() + power.ToString() );
        }

    }


 private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Car mycar;
            mycar = new Car (10,10);

            Car testcar;
            testcar = mycar ;
            testcar.Power = 20;
            testcar.Speed = 20;

             mycar.Run();
}

在還沒執行net之前，CLR就會在Stack裡配置記憶體區塊，而裡面還是

Null，同時Heap裡只會有Car Type Object 但並不是我們New欄位有資料的

那個物件。


 Car mycar;

類別第一次使用時，會在Heap會產生一個屬於該類別的Type Object。

該Type Object只會產生一次，而且會一直存在到AppDomain被卸載。

(感謝Bill Chung哥在第一篇物件導向的指導)

(注:想知道Type Object裡那幾個名詞是啥的可以參考91哥的文章)

注意:

在這範例的mycar是一個參考，而不是物件本身喔

然後在進行NEW過後，記憶體區域會變成下圖，在mycar裡會存放

Heap記憶體區域的Car object位址。


 mycar = new Car (10,10);

我們在執行 testcar = mycar ; 時記憶體區塊會變成下圖，感覺就像是把

位址傳給testcar參考。也可以說testcar與mycar是連結到同樣的Heap

記憶體位址。


 Car testcar;
 testcar = mycar ;

然後我們在修改testcar的欄位，則記憶體區塊域，變為下圖。修改的

為同一個Car Object，所以我們這時呼叫mycar.Run()方法時，應該

是會呼叫出修改過後的欄位值。


    testcar.Power = 20;
     testcar.Speed = 20;

執行結果，如果是執行testcar.Run()則結果相同。


mycar.Run();

總結

整理一張上面程式碼的對比。

程式碼說明	Class 類別	Struct 結構	類別記憶體區塊變化	結構記憶體區塊變化
新增變數(1)	Car mycar;	Car_Struct mycar_st;	新增一個存位罝的參考預設Null	新增一個存內容的變數。預設Null
進行實體化	mycar = new Car (10,10);	mycar_st = new Car_Struct (10, 10);	Heap中產生Object	Stack變數產生內容
新增另一變數(2)	Car testcar;	Car_Struct mycar_st_test;	新增一個存位罝的參考。預設Null。	新增一個存內容的變數。預設Null。
將(1)傳至(2)	testcar = mycar ;	mycar_st_test = mycar_st;	將Heap記憶體位址傳給mycar。 (好像說複製比較好)	將mycar_st的內容複製給mycar_st_test
修改(2)的欄位。	testcar.Power = 20; testcar.Speed = 20;	mycar_st_test.Speed = 20; mycar_st_test.Power = 20;	修改testcar的欄位。	修改Heap 對應位址的Car Objet 內容。
執行(1)的方法。	mycar_st.Run();	mycar.Run();	呼叫內容為存放於 mycar_st 。	呼叫內容為存放於Heap對應位址的Car Object 物件內容。