C#中的引用类型以及特殊引用类型详解

2022-11-13 13:11:59 引用类型详解

基本

哪些属于引用类型

类(object,string)，接口、数组、委托

引用类型分配在哪里

引用类型变量位于线程栈。
引用类型实例分配在托管堆上。
当引用类型实例的大小小于85000bytes，被分配在GC堆上，当大于或等于85000bytes，被分配在LOH(Large Object Heap)上。

变量(Variable)，对象(Object),实例(Instance)

变量：
变量分配在线程栈上。
变量可以是值类型，也可以是引用类型。
当变量是引用类型时，包含了对对象的引用(内存地址),也叫做"对象引用"。

对象：
对类、接口、委托和数组等的一个抽象描述。

实例：
在堆上创建的对象，称为对象实例。

引用类型没有new意味着什么？

Object a = null;
Console.WriteLine(a.ToString());
运行报错"未将对象引用设置到对象实例"。
意思是，在线程栈上创建的变量a没有指向到堆上的对象实例。

托管堆上的垃圾回收

GC会遍历所有托管堆上的对象，按照一定的递归遍历算法，对那些没有被引用的不可访问对象实施回收。

new的背后发生了什么

    class Program 
    { 
        static void Main(string[] args) 
        { 
            Person p; 
            p = new Person(20); 
        } 
    }

    public class Person 
    { 
        public int _age;

        public Person(int age) 
        { 
            _age = age; 
        }

        public Person() 
        { 
            
        } 
    }

另外，引用类型的值，比如这里的引用类型Person中的值_age也被分配在托管堆上。

线程栈上的2个变量引用同一个对象实例的内存地址

线程栈上的2个变量引用同一个对象实例的内存地址，改变其中一个变量的值会影响到另外一个变量。

    class Program 
    { 
        static void Main(string[] args) 
        { 
            Person p1 = new Person(20); 
            Person p2 = p1; 
            Console.WriteLine("没有改变时p2的年龄是：" + p2._age + "岁"); 
            p1._age = 18; 
            Console.WriteLine("改变p1的值，p2的年龄也被改变了，现在是：" + p2._age + "岁,真好，年轻了！"); 
            Console.ReadKey(); 
        } 
    }

    public class Person 
    { 
        public int _age;

        public Person(int age) 
        { 
            _age = age; 
        }

        public Person() 
        { 
            
        } 
    }

string类型是特殊的引用类型

特殊性体现在

从应用角度体现了值类型语义，从内存角度实现为引用类型存储，位于托管堆。

什么是string

可以看作是char的集合char[]

string创建与实例化

string str = "Hello";

以下错误
String str = new String("Hello");
因为System.String没有提供此构造函数

以下可以
Char[] cs = {'a', 'b','c'};
String strArr = new String(cs);
但很少使用这种方式。

字符串的恒定性Immutability

是指字符串一经创建，就不可改变。
字符串一旦创建，在托管堆上分配一块连续的内存空间。

恒定性的好处：
对String对象的任意操作，不会改变原字符串。
操作字符串不会出现线程同步的问题。
成就了字符串驻留。

恒定性的不足：
因为恒定性，对字符串的任何操作，比如字符串比较，字符串链接，字符串格式化等都会创建新的字符串，这样造成内存与性能的双重损耗。如下：

public static void Main() 
{ 
    string str = "This is a test about immuntablility of string type."; 
    Console.WriteLine(str.Inseert(0,"Hi").Substring(19).ToUpper()); 
    Console.WriteLine(str); 
}

由于Insert，Substring,ToUpper这些方法，都会创建出新的临时字符串，而这些新的字符串不被其他代码引用的时候，就会被垃圾回收，造成性能上的损失。

恒定性的前提，String为密封类：

public sealed class String:IComparable, ICloneable,IConvertible,IComparable<string>,IEnumerable<char>,IEnumerable,IEquatable<string>

字符串驻留String Interning

MSDN对于字符驻留的定义：公共语言运行库通过维护一个哈希表(Hash Table)来存放字符串，该表成为拘留池，也叫驻留池。

字符串驻留弥补了恒定性的不足：
对于相同的字符串，CLR不会不会为其分配内存空间，而是共享同一内存。
CLR内部维护了一个哈希表HashTable来管理其创建的大部分String对象。key是string本身,value是string对应的内存地址。

驻留的2个静态方法：
public static string Intern(string str);
当str位于作为key位于CLR的驻留池时，返回对str的引用，否则将str字符串添加到hash table中，作为key，并返回引用。

public static string IsInterned(string str);
当str位于作为key位于CLR的驻留池时，返回对str的引用，否则返回null引用,也不添加到hash table中。

字符串驻留是进程级的

可以跨应用程序域AppDomain而存在，驻留池在CLR加载时创建，分配在System Domain中，被进程所有AppDomain所共享，其生命周期不受GC控制。

例子1：

        static void Main(string[] args) 
        { 
            string strA = "ab"; 
            string strB = "ab"; 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(strA,strB)); 
            string strC = "a"; 
            string strD = strC + "b"; 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(strA, strD)); 
            strD = String.Intern(strD); 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(strA,strD)); 
            Console.ReadKey(); 
        }

true
false
true

分析：

strA与strB内容相同，在hash table中的key相同，对应了一样的引用地址，所以返回true。
strD的内容虽然与strA相同，但由于是动态生成的，不会把hash table中key为ab的引用地址赋值给strD,所以strA与strD引用地址不一样，返回false。
strD = String.Intern(strD);手动对strD实施驻留，并发现hash table中已经有了ab这个key，就把对应的引用地址赋值给了strD,这样，strA与strD引用地址相同，返回true。

例子2：

        static void Main(string[] args) 
        { 
            string s1 = "abc"; 
            string s2 = "ab"; 
            string s3 = s2 + "c"; 
            Console.WriteLine(string.IsInterned(s3) ?? "null"); 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(s1,s3)); 
            Console.ReadKey(); 
        }

abc
false

分析：

string.IsInterned(s3)对s3进行手动驻留，发现hash table中abc这个key,于是，就返回abc的引用地址。但并没有把引用地址赋值给s3。
s1和s3的引用地址还是不一样，返回false。

例子3：

        static void Main(string[] args) 
        { 
            string strA = "abcdef"; 
            string strC = "abc"; 
            string strD = strC + "def"; 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(strA,strD)); 
            string StrE = "abc" + "def"; 
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(strA,StrE)); 
            Console.ReadKey(); 
        }

False,
true

分析：

因为strD = strC + "def"中strD的内容虽然与strA想同，但因为是动态生成的，不会被添加到hash table中，所以引用地址不一样，返回false。
"abc"+"def在IL中呈现为abcdef，不是动态生成的，并且发现hash table中已经有了abcdef这个key,于是就把对应的引用地址赋值给了strE,这样strA和StrE就有了相同的引用地址，返回true。如图：

例子4：

        static void Main(string[] args) 
        { 
            string s = "abc"; 
            //IsInterned()获取字符串变量的引用 
            Console.WriteLine(string.IsInterned(s) ?? "null"); 
            Console.ReadKey(); 
        }

"abc"。

分析：通过string s = "abc"使得hash table中有abc这个key，当进行string.IsInterned(s)手动驻留判断的时候，发现有abc这个key，就把对应的引用地址返回。

例子5：

    class Program 
    { 
        static void Main(string[] args) 
        { 
            string s = "ab"; 
            s += "c"; 
            //IsInterned()获取字符串变量的引用 
            Console.WriteLine(string.IsInterned(s) ?? "null"); 
            Console.ReadKey(); 
        } 
    }

null

分析：通过string s = "ab";使得hash table中有了ab这个key，s += "c"是动态拼接，不会把abc放到hashtable中，所以当通过string.IsInterned(s)手动驻留判断的时候，发现没有abc这个key，就返回null。

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