不要忽视基础：理解 C# 中的类型

Source: Dev.to

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介绍

理解类型是 C# 中最重要的基础之一。每一种类型，无论是什么，最终都关联到一个称为 System.Object 的“大老板”类型。这意味着在幕后，所有类型共享一些共同特性。

示例

// This class automatically inherits from System.Object
class Music { }

// This is the same as above, just written out
class Opera : System.Object { }

无论你创建什么，都是从 System.Object 开始的。这为每个对象提供了诸如 ToString() 和 GetHashCode() 等有用的方法。

C# 中的类型：基础

在 C# 中，类型分为两大类：

• 值类型
• 引用类型

还有一个特殊的组，称为 原始类型，它们是最基本的内置类型。

让我们来逐一拆解！

原始类型

原始类型是 C# 内置的最简单的类型。它们对编译器友好，并直接映射到 .NET 框架中的类型。

示例： int, double, bool, char, byte, short, long, float, decimal

• 原始类型是值类型的一个子集。
• 它们有默认值（int 为 0，bool 为 false，等等）。
• 它们运行快速且高效。

int   count = 5;    // int is a primitive type
bool  isOn = true; // bool is a primitive type

值类型

值类型直接保存它们的实际数据。它们存放在一个叫做 栈 的快速访问区域。当你把一个值类型赋给另一个变量时，会复制该值。

示例： 所有原始类型、struct、enum

• 值类型始终拥有一个值，即使你没有显式设置。
• 它们不能为 null（除非使用可空类型）。
• 赋值会复制值——而不是仅复制引用。

所有值类型（struct、enum、原始类型）都继承自 System.ValueType。

int number = 10;          // 值类型，如果未设置默认值为 0
int copy   = number;      // 复制值 (10)

为什么值类型是 sealed 的？

• 布局不可变性： 它们的内存布局是固定的；如果允许继承，大小和结构将变得不可预测。
• 性能： sealed 的特性让运行时能够优化存储和访问。
• 简洁性： 让值类型可以继承会使赋值、装箱和拆箱变得复杂。

下面的代码无法编译：

struct BasePoint { public int X, Y; }

// 错误！不能从 sealed 类型派生
struct DerivedPoint : BasePoint { public int Z; }

你也不能把值类型作为引用类型的基类：

struct BaseStruct { }

// 错误！不能从值类型派生
class MyClass : BaseStruct { }

如何创建自己的值类型

使用 struct

struct 是用户自定义的值类型。下面是一个简单的二维点：

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;

    public Point(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
}

Point a = new Point(1, 2);
Point b = a;   // 复制值（而不是引用）
b.X = 10;

// a.X 仍然是 1，b.X 是 10

使用 enum

所有枚举都继承自抽象的 System.Enum 类型，而 System.Enum 本身又继承自 System.ValueType。enum 是另一种可以创建的值类型：

public enum DayOfWeek
{
    Sunday,
    Monday,
    Tuesday,
    Wednesday,
    Thursday,
    Friday,
    Saturday
}

• struct 和 enum 是创建自定义值类型的唯一方式。
• 值类型存放在栈上（或对象内部的内联位置），其行为与引用类型（类）不同。
• 不能从 struct 或 enum 派生，也不能让它们继承除 System.ValueType 之外的任何类型。

可空值类型

有时你希望值类型能够持有 null（例如，当值尚未设置时）。在 C# 中，你可以使用 可空 类型来实现：

int? score = null; // 'score' can now be null

if (score == null)
{
    Console.WriteLine("No score yet!");
}

引用类型

引用类型存储对其数据的引用（地址）。实际的数据位于 堆 上，变量仅指向它。将引用类型赋值给另一个变量时，复制的是引用，而不是实际的数据。

示例： class、string、array、delegate、interface、object

• 引用类型可以为 null（它们可能不指向任何对象）。
• 在引用类型未赋值之前使用会导致 NullReferenceException。
• 赋值操作复制的是引用（地址），而不是数据本身。

string name; // 默认情况下为 null

// 在赋值之前使用 'name' 会导致错误
// Console.WriteLine(name.Length); // NullReferenceException!

内存分配方式：值类型 vs 引用类型

理解这些差异有助于编写更高效、可预测且无错误的 C# 代码。

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值类型与引用类型的区别

值类型和引用类型的主要区别在于 它们在内存中的存储方式和位置。

值类型 – 存储在栈上

值类型通常存放在栈中——这是一块快速且简单的内存。当你创建一个值类型变量时，数据就直接保存在该变量本身中。

示例

int number = 5;
int age    = 20;

每个变量都直接保存自己的值。

引用类型 – 引用与对象位置

引用类型将 实际的对象数据 存放在 堆 上，但 引用（指向对象的变量）可以存放在多个位置：

无论引用存放在哪里，它始终指向堆上的对象数据。

示例

class Pet    { public string Name; }
class Person { public Pet pet; }

void Example()
{
    Person p = new Person(); // ‘p’ 是局部变量（引用存放在栈上）
    p.pet = new Pet();       // ‘pet’ 是字段（引用存放在堆上的 Person 对象内部）
}

• p（指向 Person 对象的引用）位于栈上，因为它是局部变量。
• Person 对象本身位于堆上。
• 在 Person 对象内部，pet 字段保存的引用指向另一个堆分配的对象（Pet）。

当你进行复制时会发生什么？

值类型复制

int a = 10;
int b = a; // b gets its own copy of the value (10)

引用类型复制

Person p1 = new Person();
Person p2 = p1; // p2 points to the same object as p1

p1 和 p2 都引用内存中的 同一个 对象。通过任一变量修改对象时，另一变量访问时也会看到相同的更改。

摘要

• 原始类型（int、bool 等）是内置的 值类型。
• 值类型 保存实际数据，并位于 栈 上。
• 引用类型 保存一个引用（地址）。该引用可以存放在栈、堆或静态区域，但 对象数据始终位于堆上。
• 为 值类型 赋值会复制数据；为 引用类型 赋值会复制地址。
• C# 中的所有类型最终都派生自 System.Object。

初学者的额外提示

• A NullReferenceException means you tried to use a reference type that hasn’t been instantiated.
  → NullReferenceException 表示你尝试使用了尚未实例化的引用类型。

• Use nullable value types (int?, double?, …) when you need a value type that can also be null.
  → 当你需要一个也可以为 null 的值类型时，使用可空值类型（int?、double?、…）。

• Passing a value type to a method copies its value; passing a reference type copies the reference.
  → 将 值类型 传递给方法会复制其值；将 引用类型 传递给方法会复制引用。

Understanding these basics will help you write safer and more efficient C# code. Happy coding!
理解这些基础知识将帮助你编写更安全、更高效的 C# 代码。祝编码愉快！