C# 类型基础

左手的ㄟ右手 2021-12-12 02:55 235阅读 0赞

# C\# 类型基础 #

## 引言 ##

本文之初的目的是讲述设计模式中的 Prototype(原型)模式，但是如果想较清楚地弄明白这个模式，需要了解对象克隆(Object Clone)，Clone其实也就是对象复制。复制又分为了浅度复制(Shallow Copy)和深度复制(Deep Copy)，浅度复制 和 深度复制又是以 如何复制引用类型成员来划分的。由此又引出了 引用类型和 值类型，以及相关的对象判等、装箱、拆箱等基础知识。

于是我干脆新起一篇，从最基础的类型开始自底向上写起了。我仅仅想将对于这个主题的理解表述出来，一是总结和复习，二是交流经验，或许有地方我理解的有偏差，希望指正。如果前面基础的内容对你来说过于简单，可以跳跃阅读。

## 值类型 和 引用类型 ##

我们先简单回顾一下C\#中的类型系统。C\# 中的类型一共分为两类，一类是值类型(Value Type)，一类是引用类型(Reference Type)。值类型 和 引用类型是以它们在计算机内存中是如何被分配的来划分的。值类型包括 结构和枚举，引用类型包括类、接口、委托 等。还有一种特殊的值类型，称为简单类型(Simple Type)，比如 byte，int等，这些简单类型实际上是FCL类库类型的别名，比如声明一个int类型，实际上是声明一个System.Int32结构类型。因此，在Int32类型中定义的操作，都可以应用在int类型上，比如 “123.Equals(2)”。

所有的 值类型 都隐式地继承自 System.ValueType类型(注意System.ValueType本身是一个类类型)，System.ValueType和所有的引用类型都继承自 System.Object基类。你不能显示地让结构继承一个类，因为C\#不支持多重继承，而结构已经隐式继承自ValueType。

**NOTE**：堆栈(stack)是一种后进先出的数据结构，在内存中，变量会被分配在堆栈上来进行操作。堆(heap)是用于为类型实例(对象)分配空间的内存区域，在堆上创建一个对象，会将对象的地址传给堆栈上的变量(反过来叫变量指向此对象，或者变量引用此对象)。

### 1.值类型 ###

**当声明一个值类型的变量(Variable)的时候，变量本身包含了值类型的全部字段，该变量会被分配在线程堆栈(Thread Stack)上。**

假如我们有这样一个值类型，它代表了直线上的一点：

public struct ValPoint \{  
public int x;  
  
public ValPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
\}

当我们在程序中写下这样的一条变量的声明语句时：

ValPoint vPoint1;

实际产生的效果是声明了vPoint1变量，变量本身包含了值类型的所有字段(即你想要的所有数据)。

![01.gif][]

**NOTE**：如果观察MSIL代码，会发现此时变量还没有被压到栈上，因为.maxstack(最高栈数) 为0。并且没有看到入栈的指令，这说明只有对变量进行操作，才会进行入栈。

因为变量已经包含了值类型的所有字段，所以，此时你已经可以对它进行操作了(对变量进行操作，实际上是一系列的入栈、出栈操作)。

vPoint1.x = 10;  
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出 10

**NOTE**：如果vPoint1是一个引用类型(比如class)，在运行时会抛出NullReferenceException异常。因为vPoint是一个值类型，不存在引用，所以永远也不会抛出NullReferenceException。

如果你不对vPoint.x进行赋值，直接写Console.WriteLine(vPoint.x)，则会出现编译错误：使用了未赋值的局部变量。产生这个错误是因为.Net的一个约束：所有的元素使用前都必须初始化。比如这样的语句也会引发这个错误：

int i;  
Console.WriteLine(i);

解决这个问题我们可以通过这样一种方式：**编译器隐式地会为结构类型创建了无参数构造函数。在这个构造函数中会对结构成员进行初始化，所有的值类型成员被赋予0或相当于0的值(针对Char类型)，所有的引用类型被赋予null值。(因此，Struct类型不可以自行声明无参数的构造函数)。**所以，我们可以通过隐式声明的构造函数去创建一个ValPoint类型变量：

ValPoint vPoint1 = new ValPoint();  
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出为0

我们将上面代码第一句的表达式由“=”分隔拆成两部分来看：

*  左边 ValPoint vPoint1，在堆栈上创建一个ValPoint类型的变量vPoint，结构的所有成员均未赋值。在进行new ValPoint()之前，将vPoint压到栈上。
 *  右边new ValPoint()，new 操作符不会分配内存，它仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数，根据构造函数去初始化vPoint结构的所有字段。

注意上面这句，**new 操作符不会分配内存，仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数去初始化vPoint的所有字段。**那如果我这样做，又如何解释呢？

Console.WriteLine((new ValPoint()).x); // 正常，输出为0

在这种情况下，会创建一个临时变量，然后使用结构的默认构造函数对此临时变量进行初始化。我知道我这样很没有说服力，所以我们来看下MS IL代码，为了节省篇幅，我只节选了部分：

.locals init (\[0\] valuetype Prototype.ValPoint CS$0$0000) // 声明临时变量  
IL\_0000: nop  
IL\_0001: ldloca.s CS$0$0000 // 将临时变量压栈  
IL\_0003: initobj Prototype.ValPoint // 初始化此变量

而对于 ValPoint vPoint = new ValPoint(); 这种情况，其 MSIL代码是：

.locals init (\[0\] valuetype Prototype.ValPoint vPoint) // 声明vPoint  
IL\_0000: nop  
IL\_0001: ldloca.s vPoint // 将vPoint压栈  
IL\_0003: initobj Prototype.ValPoint // 使用initobj初始化此变量

那么当我们使用自定义的构造函数时，ValPoint vPoint = new ValPoint(10)，又会怎么样呢？通过下面的代码我们可以看出，实际上会使用call指令(instruction)调用我们自定义的构造函数，并传递10到参数列表中。

.locals init (\[0\] valuetype Prototype.ValPoint vPoint)  
IL\_0000: nop  
IL\_0001: ldloca.s vPoint // 将 vPoint 压栈  
IL\_0003: ldc.i4.s 10 // 将 10 压栈  
// 调用构造函数，传递参数  
IL\_0005: call instance void Prototype.ValPoint::.ctor(int32)

对于上面的MSIL代码不清楚不要紧，有的时候知道结果就已经够用了。关于MSIL代码，有空了我会为大家翻译一些好的文章。

### 2.引用类型 ###

当声明一个引用类型变量的时候，该引用类型的变量会被分配到堆栈上，这个变量将用于保存位于堆上的该引用类型的实例的内存地址，变量本身不包含对象的数据。此时，如果仅仅声明这样一个变量，由于在堆上还没有创建类型的实例，因此，变量值为null，意思是不指向任何类型实例(堆上的对象)。对于变量的类型声明，用于限制此变量可以保存的类型。

如果我们有一个这样的类，它依然代表直线上的一点：

public class RefPoint \{  
public int x;  
  
public RefPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
public RefPoint() \{\}  
\}

当我们仅仅写下一条声明语句：

RefPoint rPoint1;

它的效果就向下图一样，仅仅在堆栈上创建一个不包含任何数据，也不指向任何对象(不包含创建再堆上的对象的地址)的变量。

![02.gif][]

而当我们使用new操作符时：

rPoint1= new RefPoint(1);

会发生这样的事：

1.  在应用程序堆(Heap)上创建一个引用类型(Type)的实例(Instance)或者叫对象(Object)，并为它分配内存地址。
2.  自动传递该实例的引用给构造函数。(正因为如此，你才可以在构造函数中使用this来访问这个实例。)
3.  调用该类型的构造函数。
4.  返回该实例的引用(内存地址)，赋值给rPoint变量。

![03.gif][]

### 3.关于简单类型 ###

很多文章和书籍中在讲述这类问题的时候，总是喜欢用一个int类型作为值类型 和一个Object类型 作为引用类型来作说明。本文中将采用自定义的一个 结构 和 类 分别作值类型和引用类型的说明。这是因为简单类型(比如int)有一些CLR实现了的行为，这些行为会让我们对一些操作产生误解。

举个例子，如果我们想比较两个int类型是否相等，我们会通常这样：

int i = 3;  
int j = 3;  
if(i==j) Console.WriteLine("i equals to j");

但是，对于自定义的值类型，比如结构，就不能用 “==”来判断它们是否相等，而需要在变量上使用Equals()方法来完成。

再举个例子，大家知道string是一个引用类型，而我们比较它们是否相等，通常会这样做：

string a = "123456"; string b = "123456";  
if(a == b) Console.WriteLine("a Equals to b");

实际上，在后面我们就会看到，当使用“==”对引用类型变量进行比较的时候，比较的是它们是否指向的堆上同一个对象。而上面a、b指向的显然是不同的对象，只是对象包含的值相同，所以可见，对于string类型，CLR对它们的比较实际上比较的是值，而不是引用。

为了避免上面这些引起的混淆，在对象判等部分将采用自定义的结构和类来分别说明。

## 装箱 和 拆箱 ##

这部分内容可深可浅，本文只简要地作一个回顾。简单来说，装箱 就是 将一个值类型转换成等值的引用类型。它的过程分为这样几步：

1.  在堆上为新生成的对象(该对象包含数据，对象本身没有名称)分配内存。
2.  将 堆栈上 值类型变量的值拷贝到 堆上的对象 中。
3.  将堆上创建的对象的地址返回给引用类型变量(从程序员角度看，这个变量的名称就好像堆上对象的名称一样)。

当我们运行这样的代码时：

int i = 1;  
Object boxed = i;  
Console.WriteLine("Boxed Point: " + boxed);

效果图是这样的：

![04.gif][]

MSIL代码是这样的：

.method private hidebysig static void Main(string\[\] args) cil managed  
\{  
.entrypoint  
// 代码大小 19 (0x13)  
.maxstack 1 // 最高栈数是1，装箱操作后i会出栈  
.locals init (\[0\] int32 i, // 声明变量 i(第1个变量，索引为0)  
\[1\] object boxed) // 声明变量 boxed (第2个变量，索引为1)  
IL\_0000: nop  
IL\_0001: ldc.i4.s 10 //\#1 将10压栈  
IL\_0003: stloc.0 //\#2 10出栈，将值赋给 i  
IL\_0004: ldloc.0 //\#3 将i压栈  
IL\_0005: box \[mscorlib\]System.Int32 //\#4 i出栈，对i装箱(复制值到堆，返回地址)  
IL\_000a: stloc.1 //\#5 将返回值赋给变量 boxed  
IL\_000b: ldloc.1 // 将 boxed 压栈  
// 调用WriteLine()方法  
IL\_000c: call void \[mscorlib\]System.Console::WriteLine(object)  
IL\_0011: nop  
IL\_0012: ret  
\} // end of method Program::Main

而拆箱则是将一个 **已装箱的引用类型** 转换为值类型：

int i = 1;  
Object boxed = i;  
int j;  
j = (int)boxed; // 显示声明 拆箱后的类型  
Console.WriteLine("UnBoxed Point: " + j);

需要注意的是：UnBox 操作需要显示声明拆箱后转换的类型。它分为两步来完成：

1.  获取已装箱的对象的地址。
2.  将值从堆上的对象中拷贝到堆栈上的值变量中。

## 对象判等 ##

因为我们要提到对象克隆(复制)，那么，我们应该有办法知道复制前后的两个对象是否相等。所以，在进行下面的章节前，我们有必要先了解如何进行对象判等。

**NOTE**：有机会较深入地研究这部分内容，需要感谢 微软的开源 以及 VS2008 的FCL调试功能。关于如何调试 FCL 代码，请参考 [Configuring Visual Studio to Debug .NET Framework Source Code][]。

我们先定义用作范例的两个类型，它们代表直线上的一点，唯一区别是一个是引用类型class，一个是值类型struct：

public class RefPoint \{ // 定义一个引用类型  
public int x;  
public RefPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
\}  
  
public struct ValPoint \{ // 定义一个值类型  
public int x;  
public ValPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
\}

### 1.引用类型判等 ###

我们先进行引用类型对象的判等，我们知道在System.Object基类型中，定义了实例方法Equals(object obj)，静态方法 Equals(object objA, object objB)，静态方法 ReferenceEquals(object objA, object objB) 来进行对象的判等。

我们先看看这三个方法，注意我在代码中用 \#number 标识的地方，后文中我会直接引用：

public static bool ReferenceEquals (Object objA, Object objB)  
\{  
return objA == objB; // \#1  
\}  
  
public virtual bool Equals(Object obj)  
\{  
return InternalEquals(this, obj); // \#2  
\}  
  
public static bool Equals(Object objA, Object objB) \{  
if (objA==objB) \{ // \#3  
return true;  
\}  
  
if (objA==null || objB==null) \{  
return false;  
\}  
  
return objA.Equals(objB); // \#4  
\}

我们先看ReferenceEquals(object objA, object objB)方法，它实际上简单地返回 objA == objB，所以，在后文中，除非必要，我们统一使用 objA == objB(省去了 ReferenceEquals 方法)。另外，为了范例简单，我们不考虑对象为null的情况。

我们来看第一段代码：

// 复制对象引用  
bool result;  
RefPoint rPoint1 = new RefPoint(1);  
RefPoint rPoint2 = rPoint1;  
  
result = (rPoint1 == rPoint2); // 返回 true;  
Console.WriteLine(result);  
  
result = rPoint1.Equals(rPoint2); // \#2 返回true;  
Console.WriteLine(result);

在阅读本文中，应该时刻在脑子里构思一个堆栈，一个堆，并思考着每条语句会在这两种结构上产生怎么样的效果。在这段代码中，产生的效果是：在堆上创建了一个新的RefPoint类型的实例(对象)，并将它的x字段初始化为1；在堆栈上创建变量rPoint1，rPoint1保存堆上这个对象的地址；将rPoint1 赋值给 rPoint2时，此时并没有在堆上创建一个新的对象，而是将之前创建的对象的地址复制到了rPoint2。此时，rPoint1和rPoint2指向了堆上同一个对象。

从 ReferenceEquals()这个方法名就可以看出，它判断两个引用变量是不是指向了同一个变量，如果是，那么就返回true。这种相等叫做 **引用相等**(rPoint1 == rPoint2 等效于 ReferenceEquals)。因为它们指向的是同一个对象，所以对rPoint1的操作将会影响rPoint2：

![05.gif][]

注意System.Object静态的Equals(Object objA, Object objB)方法，在 \#3 处，如果两个变量引用相等，那么将直接返回true。所以，可以预见我们上面的代码rPoint1.Equals(rPoint2); 在 \#3 就会返回true。但是我们没有调用静态Equals()，直接调用了实体方法，最后调用了\#2 的 InternalEquals()，返回true。(InternalEquals()无资料可查，仅通过调试测得)。

我们再看引用类型的第二种情况：

//创建新引用类型的对象，其成员的值相等  
RefPoint rPoint1 = new RefPoint(1);  
RefPoint rPoint2 = new RefPoint(1);  
  
result = (rPoint1 == rPoint2);  
Console.WriteLine(result); // 返回 false;  
  
result = rPoint1.Equals(rPoint2);  
Console.WriteLine(result); // \#2 返回false

上面的代码在堆上创建了两个类型实例，并用同样的值初始化它们；然后将它们的地址分别赋值给堆上的变量 rPoint1和rPoint2。此时 \#2 返回了false，可以看到，**对于引用类型，即使类型的实例(对象)包含的值相等，如果变量指向的是不同的对象，那么也不相等。**

### 2.简单值类型判等 ###

注意本节的标题：简单值类型判等，这个简单是如何定义的呢？如果值类型的成员仅包含值类型，那么我们暂且管它叫 简单值类型，如果值类型的成员包含引用类型，我们管它叫复杂值类型。(注意，这只是本文中为了说明我个人作的定义。)

应该还记得我们之前提过，值类型都会隐式地继承自 System.ValueType类型，而ValueType类型覆盖了基类System.Object类型的Equals()方法，在值类型上调用Equals()方法，会调用ValueType的Equals()。所以，我们看看这个方法是什么样的，依然用 \#number 标识后面会引用的地方。

public override bool Equals (Object obj) \{  
if (null==obj) \{  
return false;  
\}  
RuntimeType thisType = (RuntimeType)this.GetType();  
RuntimeType thatType = (RuntimeType)obj.GetType();  
  
if (thatType!=thisType) \{ // 如果两个对象不是一个类型，直接返回false  
return false;  
\}  
  
Object thisObj = (Object)this;  
Object thisResult, thatResult;  
  
if (CanCompareBits(this)) // \#5  
return FastEqualsCheck(thisObj, obj); // \#6  
  
// 利用反射获取值类型所有字段  
FieldInfo\[\] thisFields = thisType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);  
// 遍历字段，进行字段对字段比较  
for (int i=0; i<thisFields.Length; i++) \{  
thisResult = ((RtFieldInfo)thisFields\[i\]).InternalGetValue(thisObj,false);  
thatResult = ((RtFieldInfo)thisFields\[i\]).InternalGetValue(obj, false);  
  
if (thisResult == null) \{  
if (thatResult != null)  
return false;  
\}  
else  
if (!thisResult.Equals(thatResult)) \{ // \#7  
return false;  
\}  
\}  
  
return true;  
\}

我们先来看看第一段代码：

// 复制结构变量  
ValPoint vPoint1 = new ValPoint(1);  
ValPoint vPoint2 = vPoint1;  
  
result = (vPoint1 == vPoint2); //编译错误：不能在ValPoint上应用 "==" 操作符  
Console.WriteLine(result);  
  
result = Object.ReferenceEquals(vPoint1, vPoint2); // 隐式装箱，指向了堆上的不同对象  
Console.WriteLine(result); // 返回false

我们先在堆栈上创建了一个变量vPoint1，变量本身已经包含了所有字段和数据。然后在堆栈上复制了vPoint1的一份拷贝给了vPoint2，从常理思维上来讲，我们认为它应该是相等的。接下来我们就试着去比较它们，可以看到，我们不能用“==”直接去判断，这样会返回一个编译错误。如果我们调用System.Object基类的静态方法ReferenceEquals()，有意思的事情发生了：它返回了false。为什么呢？我们看下ReferenceEquals()方法的签名就可以了，它接受的是Object类型，也就是引用类型，而当我们传递vPoint1和vPoint2这两个值类型的时候，会进行一个隐式的装箱，效果相当于下面的语句：

Object boxPoint1 = vPoint1;  
Object boxPoint2 = vPoint2;  
result = (boxPoint1 == boxPoint2); // 返回false  
Console.WriteLine(result);

而装箱的过程，我们在前面已经讲述过，上面的操作等于是在堆上创建了两个对象，对象包含的内容相同(地址不同)，然后将对象地址分别返回给堆栈上的 boxPoint1和boxPoint2，再去比较boxPoint1和boxPoint2是否指向同一个对象，显然不是，所以返回false。

我们继续，添加下面这段代码：

result = vPoint1.Equals(vPoint2); // \#5 返回true; \#6 返回true;  
Console.WriteLine(result); // 输出true

因为它们均继承自ValueType类型，所以此时会调用ValueType上的Equals()方法，在方法体内部，\#5 CanCompareBits(this) 返回了true，CanCompareBits(this)这个方法，按微软的注释，意识是说：如果对象的成员中存在对于堆上的引用，那么返回false，如果不存在，返回true。按照ValPoint的定义，它仅包含一个int类型的字段x，自然不存在对堆上其他对象的引用，所以返回了true。从\#5 的名字CanCompareBits，可以看出是判断是否可以进行按位比较，那么返回了true以后，\#6 自然是进行按位比较了。

接下来，我们对vPoint2做点改动，看看会发生什么：

vPoint2.x = 2;  
result = vPoint1.Equals(vPoint2); // \#5 返回true; \#6 返回false;  
Console.WriteLine(result);

## 3. 复杂值类型判等 ##

到现在，上面的这些方法，我们还没有走到的位置，就是CanCompareBits返回false以后的部分了。前面我们已经推测出了CanCompareBits返回false的条件(值类型的成员包含引用类型)，现在只要实现下就可以了。我们定义一个新的结构Line，它代表直线上的线段，我们让它的一个成员为值类型ValPoint，一个成员为引用类型RefPoint，然后去作比较。

/\* 结构类型 ValLine 的定义，  
public struct ValLine \{  
public RefPoint rPoint; // 引用类型成员  
public ValPoint vPoint; // 值类型成员  
public Line(RefPoint rPoint, ValPoint vPoint) \{  
this.rPoint = rPoint;  
this.vPoint = vPoint;  
\}  
\}  
\*/  
  
RefPoint rPoint = new RefPoint(1);  
ValPoint vPoint = new ValPoint(1);  
  
ValLine line1 = new ValLine (rPoint, vPoint);  
ValLine line2 = line1;  
  
result = line1.Equals(line2); // 此时已经存在一个装箱操作，调用ValueType.Equals()  
Console.WriteLine(result); // 返回True

这个例子的过程要复杂得多。在开始前，我们先思考一下，当我们写下 line1.Equals(line2)时，已经进行了一个装箱的操作。如果要进一步判等，显然不能去判断变量是否引用的堆上同一个对象，这样的话就没有意义了，因为总是会返回false(装箱后堆上创建了两个对象)。那么应该如何判断呢？对 堆上对象 的成员(字段)进行一对一的比较，而成员又分为两种类型，一种是值类型，一种是引用类型。对于引用类型，去判断是否引用相等；对于值类型，如果是简单值类型，那么如同前一节讲述的去判断；如果是复杂类型，那么当然是递归调用了；最终直到要么是引用类型要么是简单值类型。

**NOTE**：进行字段对字段的一对一比较，需要用到反射，如果不了解反射，可以参看 [.Net 中的反射][.Net] 系列文章。

好了，我们现在看看实际的过程，是不是如同我们料想的那样，为了避免频繁的拖动滚动条查看ValueType的Equals()方法，我拷贝了部分下来：

public override bool Equals (Object obj) \{  
  
if (CanCompareBits(this)) // \#5  
return FastEqualsCheck(thisObj, obj); // \#6  
// 利用反射获取类型的所有字段(或者叫类型成员)  
FieldInfo\[\] thisFields = thisType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);  
// 遍历字段进行比较  
for (int i=0; i<thisFields.Length; i++) \{  
thisResult = ((RtFieldInfo)thisFields\[i\]).InternalGetValue(thisObj,false);  
thatResult = ((RtFieldInfo)thisFields\[i\]).InternalGetValue(obj, false);  
  
if (thisResult == null) \{  
if (thatResult != null)  
return false;  
\}  
else  
if (!thisResult.Equals(thatResult)) \{ \#7  
return false;  
\}  
\}  
  
return true;  
\}

1.  进入 ValueType 上的 Equals() 方法，\#5 处返回了 false;
2.  进入 for 循环，遍历字段。
3.  第一个字段是RefPoint引用类型，\#7 处，调用 System.Object 的Equals()方法，到达\#2，返回true。
4.  第二个字段是ValPoint值类型，\#7 处，调用 System.ValType的Equals()方法，也就是当前方法本身。此处递归调用。
5.  再次进入 ValueType 的 Equals() 方法，因为 ValPoint 为简单值类型，所以 \#5 CanCompareBits 返回了true，接着 \#6 FastEqualsCheck 返回了 true。
6.  里层 Equals()方法返回 true。
7.  退出 for 循环。
8.  外层 Equals() 方法返回 true。

## 对象复制 ##

有的时候，创建一个对象可能会非常耗时，比如对象需要从远程数据库中获取数据来填充，又或者创建对象需要读取硬盘文件。此时，如果已经有了一个对象，再创建新对象时，可能会采用复制现有对象的方法，而不是重新建一个新的对象。本节就讨论如何进行对象的复制。

### 1.浅度复制 ###

浅度复制 和 深度复制 是以如何复制对象的成员(member)来划分的。一个对象的成员有可能是值类型，有可能是引用类型。当我们对对象进行一个浅度复制的时候，对于值类型成员，会复制其本身(值类型变量本身包含了所有数据，复制时进行按位拷贝)；对于引用类型成员(注意它会引用另一个对象)，仅仅复制引用，而不创建其引用的对象。结果就是：新对象的引用成员和 复制对象的引用成员 指向了同一个对象。

继续我们上面的例子，如果我们想要进行复制的对象(RefLine)是这样定义的，(为了避免look up，我在这里把代码再贴过来)：

// 将要进行 浅度复制 的对象，注意为 引用类型  
public class RefLine \{  
public RefPoint rPoint;  
public ValPoint vPoint;  
public Line(RefPoint rPoint,ValPoint vPoint)\{  
this.rPoint = rPoint;  
this.vPoint = vPoint;  
\}  
\}  
// 定义一个引用类型成员  
public class RefPoint \{  
public int x;  
public RefPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
\}  
// 定义一个值类型成员  
public struct ValPoint \{  
public int x;  
public ValPoint(int x) \{  
this.x = x;  
\}  
\}

我们先创建一个想要复制的对象：

RefPoint rPoint = new RefPoint(1);  
ValPoint vPoint = new ValPoint(1);  
RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);

它所产生的实际效果是(堆栈上仅考虑line部分)：

![06.gif][]

那么当我们对它复制时，就会像这样(newLine是指向新拷贝的对象的指针，在代码中体现为一个引用类型的变量)：

![07.gif][]

按照这个定义，再回忆上面我们讲到的内容，可以推出这样一个结论：当复制一个结构类型成员的时候，直接创建一个新的结构类型变量，然后对它赋值，就相当于进行了一个浅度复制，也可以认为结构类型隐式地实现了浅度复制。如果我们将上面的RefLine定义为一个结构(Struct)，结构类型叫ValLine，而不是一个类，那么对它进行浅度复制就可以这样：

ValLine newLine = line;

实际的效果图是这样：

![08.gif][]

现在你已经已经搞清楚了什么是浅度复制，知道了如何对结构浅度复制。那么如何对一个引用类型实现浅度复制呢？在.Net Framework中，有一个ICloneable接口，我们可以实现这个接口来进行浅度复制(也可以是深度复制，这里有争议，国外一些人认为ICloneable应该被标识为过时(Obsolete)的，并且提供IShallowCloneable和IDeepCloneble来替代)。这个接口只要求实现一个方法Clone()，它返回当前对象的副本。我们并不需要自己实现这个方法(当然完全可以)，在System.Object基类中，有一个保护的MemeberwiseClone()方法，它便用于进行浅度复制。所以，对于引用类型，如果想要实现浅度复制时，只需要调用这个方法就可以了：

public object Clone() \{  
return MemberwiseClone();  
\}

现在我们来做一个测试：

class Program \{  
static void Main(string\[\] args) \{  
  
RefPoint rPoint = new RefPoint(1);  
ValPoint vPoint = new ValPoint(1);  
RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);  
  
RefLine newLine = (RefLine)line.Clone();  
Console.WriteLine("Original: line.rPoint.x = \{0\}, line.vPoint.x = \{1\}", line.rPoint.x, line.vPoint.x);  
Console.WriteLine("Cloned: newLine.rPoint.x = \{0\}, newLine.vPoint.x = \{1\}", newLine.rPoint.x, newLine.vPoint.x);  
  
line.rPoint.x = 10; // 修改原先的line的 引用类型成员 rPoint  
line.vPoint.x = 10; // 修改原先的line的 值类型 成员 vPoint  
Console.WriteLine("Original: line.rPoint.x = \{0\}, line.vPoint.x = \{1\}", line.rPoint.x, line.vPoint.x);  
Console.WriteLine("Cloned: newLine.rPoint.x = \{0\}, newLine.vPoint.x = \{1\}", newLine.rPoint.x, newLine.vPoint.x);  
  
\}  
\}

输出为：

Original: line.rPoint.x = 1, line.vPoint.x = 1  
Cloned: newLine.rPoint.x = 1, newLine.vPoint.x = 1  
Original: line.rPoint.x = 10, line.vPoint.x = 10  
Cloned: newLine.rPoint.x = 10, newLine.vPoint.x = 1

可见，复制后的对象和原先对象成了连体婴，它们的引用成员字段依然引用堆上的同一个对象。

### 2.深度复制 ###

其实到现在你可能已经想到什么时深度复制了，深度复制就是将引用成员指向的对象也进行复制。实际的过程是创建新的引用成员指向的对象，然后复制对象包含的数据。

深度复制可能会变得非常复杂，因为引用成员指向的对象可能包含另一个引用类型成员，最简单的例子就是一个线性链表。

如果一个对象的成员包含了对于线性链表结构的一个引用，浅度复制 只复制了对头结点的引用，深度复制 则会复制链表本身，并复制每个结点上的数据。

考虑我们之前的例子，如果我们期望进行一个深度复制，我们的Clone()方法应该如何实现呢？

public object Clone()\{ // 深度复制  
RefPoint rPoint = new RefPoint(); // 对于引用类型，创建新对象  
rPoint.x = this.rPoint.x; // 复制当前引用类型成员的值 到 新对象  
ValPoint vPoint = this.vPoint; // 值类型，直接赋值  
RefLine newLine = new RefLine(rPoint, vPoint);  
return newLine;  
\}

可以看到，如果每个对象都要这样去进行深度复制的话就太麻烦了，我们可以利用串行化/反串行化来对对象进行深度复制：先把对象串行化(Serialize)到内存中，然后再进行反串行化，通过这种方式来进行对象的深度复制：

public object Clone() \{  
BinaryFormatter bf = new BinaryFormatter();  
MemoryStream ms = new MemoryStream();  
bf.Serialize(ms, this);  
ms.Position = 0;  
  
return (bf.Deserialize(ms)); ;  
\}

我们来做一个测试：

class Program \{  
static void Main(string\[\] args) \{  
RefPoint rPoint = new RefPoint(1);  
ValPoint vPoint = new ValPoint(2);  
  
RefLine line = new RefLine(rPoint, vPoint);  
RefLine newLine = (RefLine)line.Clone();  
  
Console.WriteLine("Original line.rPoint.x = \{0\}", line.rPoint.x);  
Console.WriteLine("Cloned newLine.rPoint.x = \{0\}", newLine.rPoint.x);  
  
line.rPoint.x = 10; // 改变原对象 引用成员 的值  
Console.WriteLine("Original line.rPoint.x = \{0\}", line.rPoint.x);  
Console.WriteLine("Cloned newLine.rPoint.x = \{0\}", newLine.rPoint.x);  
\}  
\}  
输出为：  
Original line.rPoint.x = 1  
Cloned newLine.rPoint.x = 1  
Original line.rPoint.x = 10  
Cloned newLine.rPoint.x = 1

可见，两个对象的引用成员已经分离，改变原对象的引用对象的值，并不影响复制后的对象。

这里需要注意：如果想将对象进行序列化，那么对象本身，及其所有的自定义成员(类、结构)，都必须使用Serializable特性进行标记。所以，如果想让上面的代码运行，我们之前定义的类都需要进行这样的标记：

\[Serializable()\]  
public class RefPoint \{ /\*略\*/\}

**NOTE**：关于特性(Attribute)，可以参考 [.Net 中的反射(反射特性)][.Net 1] 一文。

## 总结 ##

本文简单地对C\#中的类型作了一个回顾。

我们首先讨论了C\#中的两种类型--值类型和引用类型，随后简要回顾了装箱/拆箱 操作。接着，详细讨论了C\#中的对象判等。最后，我们讨论了浅度复制和 深度复制，并比较了它们之间不同。

希望这篇文章能给你带来帮助！

转载于:https://www.cnblogs.com/JimmyZhang/archive/2008/01/31/1059383.html

[01.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/01.gif
[02.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/02.gif
[03.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/03.gif
[04.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/04.gif
[Configuring Visual Studio to Debug .NET Framework Source Code]: http://blogs.msdn.com/sburke/archive/2008/01/16/configuring-visual-studio-to-debug-net-framework-source-code.aspx
[05.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/05.gif
[.Net]: http://www.tracefact.net/CLR-and-Framework/Reflection-Part1.aspx
[06.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/06.gif
[07.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/07.gif
[08.gif]: http://www.tracefact.net/graph/Type-Fundamentals/08.gif
[.Net 1]: http://www.tracefact.net/CLR-and-Framework/Reflection-Part3.aspx