C#中的引用類型以及特殊引用類型怎么使用

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基本

哪些屬于引用類型

類(object,string)，接口、數組、委托

引用類型分配在哪里

• 引用類型變量位于線程棧。

• 引用類型實例分配在托管堆上。

• 當引用類型實例的大小小于85000bytes，被分配在GC堆上，當大于或等于85000bytes，被分配在LOH(Large Object Heap)上。

變量(Variable)，對象(Object),實例(Instance)

變量：
變量分配在線程棧上。
變量可以是值類型，也可以是引用類型。
當變量是引用類型時，包含了對對象的引用(內存地址),也叫做"對象引用"。

對象：
對類、接口、委托和數組等的一個抽象描述。

實例：
在堆上創建的對象，稱為對象實例。

引用類型沒有new意味著什么？

Object a = null;
Console.WriteLine(a.ToString());
運行報錯"未將對象引用設置到對象實例"。
意思是，在線程棧上創建的變量a沒有指向到堆上的對象實例。

托管堆上的垃圾回收

GC會遍歷所有托管堆上的對象，按照一定的遞歸遍歷算法，對那些沒有被引用的不可訪問對象實施回收。

new的背后發生了什么

    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，引用類型的值，比如這里的引用類型Person中的值_age也被分配在托管堆上。   

線程棧上的2個變量引用同一個對象實例的內存地址

線程棧上的2個變量引用同一個對象實例的內存地址，改變其中一個變量的值會影響到另外一個變量。

    class Program 
    { 
        static void Main(string[] args) 
        { 
            Person p1 = new Person(20); 
            Person p2 = p1; 
            Console.WriteLine("沒有改變時p2的年齡是：" + p2._age + "歲"); 
            p1._age = 18; 
            Console.WriteLine("改變p1的值，p2的年齡也被改變了，現在是：" + p2._age + "歲,真好，年輕了！"); 
            Console.ReadKey(); 
        } 
    }

    public class Person 
    { 
        public int _age;

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

        public Person() 
        { 
            
        } 
    }

string類型是特殊的引用類型

特殊性體現在

從應用角度體現了值類型語義，從內存角度實現為引用類型存儲，位于托管堆。

什么是string

可以看作是char的集合char[]    

string創建與實例化

string str = "Hello";

以下錯誤
String str = new String("Hello");
因為System.String沒有提供此構造函數

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

字符串的恒定性Immutability

是指字符串一經創建，就不可改變。
字符串一旦創建，在托管堆上分配一塊連續的內存空間。

恒定性的好處：
對String對象的任意操作，不會改變原字符串。
操作字符串不會出現線程同步的問題。
成就了字符串駐留。

恒定性的不足：
因為恒定性，對字符串的任何操作，比如字符串比較，字符串鏈接，字符串格式化等都會創建新的字符串，這樣造成內存與性能的雙重損耗。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這些方法，都會創建出新的臨時字符串，而這些新的字符串不被其他代碼引用的時候，就會被垃圾回收，造成性能上的損失。

恒定性的前提，String為密封類：

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

字符串駐留String Interning

MSDN對于字符駐留的定義：公共語言運行庫通過維護一個哈希表(Hash Table)來存放字符串，該表成為拘留池，也叫駐留池。

字符串駐留彌補了恒定性的不足：
對于相同的字符串，CLR不會不會為其分配內存空間，而是共享同一內存。
CLR內部維護了一個哈希表HashTable來管理其創建的大部分String對象。key是string本身,value是string對應的內存地址。

駐留的2個靜態方法：
public static string Intern(string str);
當str位于作為key位于CLR的駐留池時，返回對str的引用，否則將str字符串添加到hash table中，作為key，并返回引用。

public static string IsInterned(string str);
當str位于作為key位于CLR的駐留池時，返回對str的引用，否則返回null引用,也不添加到hash table中。

字符串駐留是進程級的

可以跨應用程序域AppDomain而存在，駐留池在CLR加載時創建，分配在System Domain中，被進程所有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(); 
        }

返回：

true
false
true

分析：

• strA與strB內容相同，在hash table中的key相同，對應了一樣的引用地址，所以返回true。

• strD的內容雖然與strA相同，但由于是動態生成的，不會把hash table中key為ab的引用地址賦值給strD,所以strA與strD引用地址不一樣，返回false。

• strD = String.Intern(strD);手動對strD實施駐留，并發現hash table中已經有了ab這個key，就把對應的引用地址賦值給了strD,這樣，strA與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(); 
        }

返回：

abc
false   

分析：

• string.IsInterned(s3)對s3進行手動駐留，發現hash table中abc這個key,于是，就返回abc的引用地址。但并沒有把引用地址賦值給s3。

• s1和s3的引用地址還是不一樣，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(); 
        }

返回：

False,       
true

分析：

• 因為strD = strC + "def"中strD的內容雖然與strA想同，但因為是動態生成的，不會被添加到hash table中，所以引用地址不一樣，返回false。

• "abc"+"def在IL中呈現為abcdef，不是動態生成的，并且發現hash table中已經有了abcdef這個key,于是就把對應的引用地址賦值給了strE,這樣strA和StrE就有了相同的引用地址，返回true。如圖：

例子4：

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

返回

"abc"。

分析：通過string s = "abc"使得hash table中有abc這個key，當進行string.IsInterned(s)手動駐留判斷的時候，發現有abc這個key，就把對應的引用地址返回。

例子5：

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

返回

null

分析：通過string s = "ab";使得hash table中有了ab這個key，s += "c"是動態拼接，不會把abc放到hashtable中，所以當通過string.IsInterned(s)手動駐留判斷的時候，發現沒有abc這個key，就返回null。

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