net中String是引用类型还是值类型,之String以及浅拷贝与深拷贝

 一、String到底是值类型还是引用类型

关于String为值类型还是引用类型的讨论一直没有平息,最近一直在研究性能方面的问题,今天再次将此问题进行一次明确。希望能给大家带来点帮助。
如果有错误请指出。

MSDN 中明确指出 String
是引用类型而不是值类型,但 String
表面上用起来却像是值类型,这又是什么原因呢? 

来看下面例子:

首先从下面这个例子入手:

            //值类型
            int a = 1;
            int b = a;
            a = 2;
            Console.WriteLine("a is {0},b is {1}", a, b);

            //字符串
            string str1 = "ab";
            string str2 = str1;
            str1 = "abc";
            Console.WriteLine("str1 is {0},str2 is {1}", str1, str2);
            Console.Read();
    //值类型
    int a = 1;
    int b = a;
    a = 2;
    Console.WriteLine("a is {0},b is {1}", a, b);

    //引用类型
    string str1 = "ab";
    string str2 = str1;
    str1 = "abc";
    Console.WriteLine("str1 is {0},str2 is {1}", str1, str2);
    Console.Read();

 

 

根据上面的例子:你觉得输出结果应该是什么?

输出结果:

 

 //结果:
   //a is 2,b is 1
   //str1 is abc,str2 is ab

输出结果:

从运行结果可以看出:str2 的值还是 ab
,并没有随着 str1
值的改变而改变。如果string是引用类型,按理Str1和Str指针都指向同一内存地址,如果Str的内容发生改变,Str1应该也会相应变化。此例子,看着string更像是值类型。
但是MSDN却说String是引用类型。究其原因,是因为string对象是不可变的,包括长度和其中任何字符都是不可以改变的。

            //结果:
            //a is 2,b is 1
            //str1 is abc,str2 is ab

关于不可变数据类型,请参考:https://www.cnblogs.com/mushroom/p/4373951.html

str2依然是ab,并没有随str1的改变而改变。

String的不变性

string
对象称为不可变的(只读),因为一旦创建了该对象,就不能修改该对象的值。有的时候看来似乎修改了,实际是string经过了特殊处理,每次改变值时都会建立一个新的string对象,变量会指向这个新的对象,而原来的还是指向原来的对象,所以不会改变。这也是string效率低下的原因。如果经常改变string的值则应该使用StringBuilder而不使用string。

在例子中str1=”ab”,这时在内存中就将“ab”存下来,如果再创建字符串对象,其值也等于“ab”,str2=”ab”,则并非再重新分配内存空间,而是将之前保存的“ab”的地址赋给str2的引用,这就能印证例子2中的结果。而当str1=”abc”其值发生改变时,这时检查内存,发现不存在此字符串,则重新分配内存空间,存储“abc”,并将其地址赋给str1,而str2依然指向“ab”的地址。可以印证例子中的结果。

如果string是引用类型,按理Str1和Str指针都指向同一内存地址,如果Str的内容发生改变,Str1应该也会相应变化。

结论

String是引用类型,只是编译器对其做了特殊处理。

 

二、浅拷贝与深拷贝

也许会有人这样解释C#
中浅拷贝与深拷贝区别:

        浅拷贝是对引用类型拷贝地址,对值类型直接进行拷贝。

不能说它完全错误,但至少还不够严谨。比如:string
类型咋说?

 

其实,我们可以通过实践来寻找答案。

 

首先,定义以下类型:

 

int 、string 、enum 、struct 、class
、int[ ] 、string[ ]

 

代码如下:

    //枚举
    public enum myEnum
    { _1 = 1, _2 = 2 }

    //结构体
    public struct myStruct
    {
        public int _int;
        public myStruct(int i)
        { _int = i; }
    }

    //类
    class myClass
    {
        public string _string;
        public myClass(string s)
        { _string = s; }
    }

    //ICloneable:创建作为当前实例副本的新对象。
    class DemoClass : ICloneable
    {
        public int _int = 1;
        public string _string = "1";
        public myEnum _enum = myEnum._1;
        public myStruct _struct = new myStruct(1);
        public myClass _class = new myClass("1");
        //数组
        public int[] arrInt = new int[] { 1 };
        public string[] arrString = new string[] { "1" };

        //返回此实例副本的新对象
        public object Clone()
        {
            //MemberwiseClone:返回当前对象的浅表副本(它是Object对象的基方法)
            return this.MemberwiseClone();
        }
    }

注意:

ICloneable 接口:支持克隆,即用与现有实例相同的值创建类的新实例。

MemberwiseClone 方法:创建当前 System.Object 的浅表副本。

 

接下来,构建实例A ,并对实例A 克隆产生一个实例B
然后,改变实例B 的值,并观察实例A 的值会不会被改变。

代码如下:

class 浅拷贝与深拷贝
{
    static void Main(string[] args)
    {
        DemoClass A = new DemoClass();
        //创建实例A的副本 --> 新对象实例B
        DemoClass B = (DemoClass)A.Clone();

        B._int = 2;
        Console.WriteLine(" int \t\t  A:{0}  B:{1}", A._int, B._int);

        B._string = "2";
        Console.WriteLine(" string \t  A:{0}  B:{1}", A._string, B._string);

        B._enum = myEnum._2;
        Console.WriteLine(" enum \t\t  A:{0}  B:{1}", (int)A._enum, (int)B._enum);

        B._struct._int = 2;
        Console.WriteLine(" struct \t  A:{0}  B:{1}", 
                          A._struct._int, B._struct._int);

        B._class._string = "2";
        Console.WriteLine(" class \t\t  A:{0}  B:{1}", 
                          A._class._string, B._class._string);

        B.arrInt[0] = 2;
        Console.WriteLine(" intArray \t  A:{0}  B:{1}", 
                          A.arrInt[0], B.arrInt[0]);

        B.arrString[0] = "2";
        Console.WriteLine(" stringArray \t  A:{0}  B:{1}", 
                          A.arrString[0], B.arrString[0]);

        Console.ReadKey();
    }
}

结果如下:

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从最后的输出结果,我们得知:

对于内部的Class 对象和数组,则Copy
一份地址。[ 改变B 时,A也被改变了 ]

而对于其它内置的int / string / enum /
struct / object 类型,则Copy 一份值。

 

有一位网友说:string
类型虽然是引用类型,但是很多情况下.Net 把string
做值类型来处理,我觉得string 应该也是按照值类型处理的。

这说明他对string
类型还不够了解。

可以肯定的是:string
一定是引用类型。那它为什么是深拷贝呢?

如果你看一下string
类型的源代码就知道了:

//表示空字符串。此字段为只读。
public static readonly string Empty;

答案就在于 string 是 readonly 的,当改变
string 类型的数据值时,将重新分配了内存地址。

浅拷贝:给对象拷贝一份新的对象。

浅拷贝的定义 ——
只对值类型(或string)类型分配新的内存地址。

深拷贝:给对象拷贝一份全新的对象。

深拷贝的定义 ——
对值类型分配新的内存地址,引用类型、以及引用类型的内部字段分配的新的地址。

我是这么定义的:浅拷贝,换汤不换药。

 

三、Clone()方法

例如我有一个简单的类:

class People
{
    public int _age;
    public string _name;
    public People(int Age,string Name)
    {
    _age = Age;
    _name = Name;
    }
}

常见的赋值语句,如:

People Mike = new People(12,"Mike");
People Mike2 = Mike;

这是浅复制,共享同一块内存,类似指针,即Mike2与Mike对象同时指向了Mike新建时所申请的内存。
现在我为People类增加一个Clone()方法:

class People
{
    public int _age;
    public string _name;
    public People(int Age,string Name)
    {
        _age = Age;
     _name = Name;
    }
    public object Clone()
    {
        People MySelf = new People(this._age,this._name);
        return MySelf;    }
}

很明显,调用Clone()方法返回的对象是一个全新的对象,是新实例化出来的对象但是与原对象在值上相等。

People Mike = new People(12,"Mike");
People Mike2 = Mike;
People Mike3 = Mike.Clone() as People;

Mike2与Mike3在值上相等,但实际是完全独立的对象。

Mike2._name = "Jone";
//执行上述代码后,Mike的_name属性跟着改变了,而Mike3不变。

 

此例子,看着string更像是值类型。 

但是MSDN却说String是引用类型,

引用类型包括: 
String

所有数组,即使其元素是值类型

类类型,如 Form

委托

可参考:

查看具体引用是否相同

如果Net能够查看内存地址就容易了,但不允许,只能通过间接方法来实现,看下面:

        static void TestRefAddress()
        {
            String str1 = "abc";
            String str2 = "abc";
            int a = 1;
            int b = 1;
            StringBuilder strb1 = new StringBuilder("abc");
            StringBuilder strb2 = new StringBuilder("abc");
            Console.WriteLine("Reference equal for string: " + Object.ReferenceEquals(str1, str2)); //结果true
            Console.WriteLine("Reference equal for int: " + Object.ReferenceEquals(a, b)); //结果false
            Console.WriteLine("Reference equal for StringBuilder: " + Object.ReferenceEquals(strb1, strb2)); //结果false
            Console.WriteLine("Value equal for string: " + str1.Equals(str2)); //结果true,类似于值类型
            Console.Read();
        }

结果为何出现如此情况,分析如下:

    Console.WriteLine("Reference equal for string: " + Object.ReferenceEquals(str1, str2)); //结果true,不同对象,但引用地址相同
    Console.WriteLine("Reference equal for int: " + Object.ReferenceEquals(a, b)); //结果false,值类型装箱操作造成
    Console.WriteLine("Reference equal for StringBuilder: " + Object.ReferenceEquals(strb1, strb2)); //结果false,不同对象,引用地址不同
    Console.WriteLine("Value equal for string: " + str1.Equals(str2)); //结果true,类似于值类型

由第一条结果,可以判定不同的String的,相同的值,其引用地址相同,再由第四条结果,str1.Equals(str2),两者结合,可得出结论,两个String,如果赋值为同一个值,在内存中只有一个字符串存在,两个引用的地址相同。由此引出String的不变性。

String的不变性

string最为显著的一个特点就是它具有恒定不变性:我们一旦创建了一个string,在managed
heap
上为他分配了一块连续的内存空间,我们将不能以任何方式对这个string进行修改使之变长、变短、改变格式。所有对这个string进行各项操作(比如调用ToUpper获得大写格式的string)而返回的string,实际上另一个重新创建的string,其本身并不会产生任何变化。
string  
对象称为不可变的(只读),因为一旦创建了该对象,就不能修改该对象的值。有的时候看来似乎修改了,实际是string经过了特殊处理,每次改变值时都会建立一个新的string对象,变量会指向这个新的对象,而原来的还是指向原来的对象,所以不会改变。这也是string效率低下的原因。

澳门新葡新京,String的不变,并非说string不能改变,而是其值不能改变。

在例子中str1=”ab”,这时在内存中就将“ab”存下来,如果再创建字符串对象,其值也等于“ab”,str2=”ab”,则并非再重新分配内存空间,而是将之前保存的“ab”的地址赋给str2的引用,这就能印证例子2中的结果。而当str1=”abc”其值发生改变时,这时检查内存,发现不存在此字符串,则重新分配内存空间,存储“abc”,并将其地址赋给str1,而str2依然指向“ab”的地址。可以印证例子1中的结果。

 

结论:

String是引用类型,只是编译器对其做了特殊处理。

 

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