.NET面試題解析(01)-值類型與引用類型

来源:https://www.cnblogs.com/ljdong7/archive/2019/12/10/12014527.html

常見面試題目: 1. 值類型和引用類型的區別? 2. 結構和類的區別? 3. delegate是引用類型還是值類型?enum、int[]和string呢? 4. 堆和棧的區別? 5. 什麼情況下會在堆(棧)上分配數據?它們有性能上的區別嗎? 6.“結構”對象可能分配在堆上嗎?什麼情況下會發生,有什麼 ...


  常見面試題目:

1. 值類型和引用類型的區別?

2. 結構和類的區別?

3. delegate是引用類型還是值類型?enum、int[]和string呢?

4. 堆和棧的區別?

5. 什麼情況下會在堆(棧)上分配數據?它們有性能上的區別嗎?

6.“結構”對象可能分配在堆上嗎?什麼情況下會發生,有什麼需要註意的嗎?

7. 理解參數按值傳遞?以及按引用傳遞?

8. outref 的區別與相同點?

9. C#支持哪幾個預定義的值類型?C#支持哪些預定義的引用類型?

10. 有幾種方法可以判定值類型和引用類型?

11. 說說值類型和引用類型的生命周期?

12. 如果結構體中定義引用類型,對象在記憶體中是如何存儲的?例如下麵結構體中的class類 User對象是存儲在棧上,還是堆上?

public struct MyStruct 
{ 
    public int Index; 
    public User User; 

  認識值類型與引用類型

萬變不離其宗,只要搞清楚值類型和引用類型的原理,上面所有題目就都迎刃而解了。

微笑 基本概念

CLR支持兩隻類型:引用類型值類型。這是.NET語言的基礎和關鍵,他們從類型定義、實例創建、參數傳遞,到記憶體分配都有所不同。雖然看上去簡單,但真正理解其內涵的人卻好像並不多。

圖片引用

下圖清晰了展示了.NET中類型分類,值類型主要是一些簡單的、基礎的數據類型,引用類型主要用於更豐富的、複雜的、複合的數據類型。

大笑 記憶體結構

值類型和引用類型最根源的區別就是其記憶體分配的差異,在這之前首先要理解CLR的記憶體中兩個重要的概念:

Stack 棧:線程棧,由操作系統管理,存放值類型、引用類型變數(就是引用對象在托管堆上的地址)。棧是基於線程的,也就是說一個線程會包含一個線程棧,線程棧中的值類型在對象作用域結束後會被清理,效率很高。

GC Heap托管堆:進程初始化後在進程地址空間上劃分的記憶體空間,存儲.NET運行過程中的對象,所有的引用類型都分配在托管堆上,托管堆上分配的對象是由GC來管理和釋放的。托管堆是基於進程的,當然托管堆內部還有其他更為複雜的結構,有興趣的可以深入瞭解。

結合下圖理解,變數a及其值3都是存儲在棧上面。變數b在棧上存儲,其值指向字元串“123”的托管堆對象地址(字元串是引用類型,字元串對象是存儲在托管堆上面。字元串是一個特殊的引用類型,後面文章會專門探討)”

image

值類型一直都存儲在棧上面嗎?所有的引用類型都存儲在托管堆上面嗎?

1.單獨的值類型變數,如局部值類型變數都是存儲在棧上面的;

2.當值類型是自定義class的一個欄位、屬性時,它隨引用類型存儲在托管堆上,此時她是引用類型的一部分;

4.所有的引用類型肯定都是存放在托管堆上的。

5.還有一種情況,同上面題目12,結構體(值類型)中定義引用類型欄位,結構體是存儲在棧上,其引用變數欄位只存儲記憶體地址,指向堆中的引用實例。

眨眼 對象的傳遞

將值類型的變數賦值給另一個變數(或者作為參數傳遞),會執行一次值複製。將引用類型的變數賦值給另一個引用類型的變數,它複製的值是引用對象的記憶體地址,因此賦值後就會多個變數指向同一個引用對象實例。理解這一點非常重要,下麵代碼測試驗證一下:

int v1 = 0;
            int v2 = v1;
            v2 = 100;
            Console.WriteLine("v1=" + v1); //輸出:v1=0
            Console.WriteLine("v2=" + v2); //輸出:v2=100

            User u1=new User();
            u1.Age = 0;
            User u2 = u1;
            u2.Age = 100;
            Console.WriteLine("u1.Age=" + u1.Age); //輸出:u1.Age=100
            Console.WriteLine("u2.Age=" + u2.Age); //輸出:u2.Age=100,因為u1/u2指向同一個對象

當把對象作為參數傳遞的時候,效果同上面一樣,他們都稱為按值傳遞,但因為值類型和引用類型的區別,導致其產生的效果也不同。

參數-按值傳遞:

private void DoTest(int a)
        {
            a *= 2;
        }

        private void DoUserTest(User user)
        {
            user.Age *= 2;
        }

        [NUnit.Framework.Test]
        public void DoParaTest()
        {
            int a = 10;
            DoTest(a);
            Console.WriteLine("a=" + a); //輸出:a=10
            User user = new User();
            user.Age = 10;
            DoUserTest(user);
            Console.WriteLine("user.Age=" + user.Age); //輸出:user.Age=20
        }

上面的代碼示例,兩個方法的參數,都是按值傳遞

  • 對於值類型(int a) :傳遞的是變數a的值拷貝副本,因此原本的a值並沒有改變。
  • 對於引用類型(User user) :傳遞的是變數user的引用地址(User對象實例的記憶體地址)拷貝副本,因此他們操作都是同一個User對象實例。

參數-按引用傳遞:

按引用傳遞的兩個主要關鍵字:outref不管值類型還是引用類型,按引用傳遞的效果是一樣的,都不傳遞值副本,而是引用的引用(類似c++的指針的指針)。outref告訴編譯器方法傳遞額是參數地址,而不是參數本身,理解這一點很重要。

代碼簡單測試一下,如果換成out效果是相同的

private void DoTest( ref int a)
        {
            a *= 2;
        }

        private void DoUserTest(ref User user)
        {
            user.Age *= 2;
        }

        [NUnit.Framework.Test]
        public void DoParaTest()
        {
            int a = 10;
            DoTest(ref a);
            Console.WriteLine("a=" + a); //輸出:a=20 ,a的值改變了
            User user = new User();
            user.Age = 10;
            DoUserTest(ref user);
            Console.WriteLine("user.Age=" + user.Age); //輸出:user.Age=20
        }

outref的主要異同

  • outref都指示編譯器傳遞參數地址,在行為上是相同的;
  • 他們的使用機制稍有不同,ref要求參數在使用之前要顯式初始化,out要在方法內部初始化;
  • outref不可以重載,就是不能定義Method(ref int a)和Method(out int a)這樣的重載,從編譯角度看,二者的實質是相同的,只是使用時有區別;

吐舌笑臉 常見問題

  題目答案解析:

1. 值類型和引用類型的區別?

值類型包括簡單類型、結構體類型和枚舉類型,引用類型包括自定義類、數組、介面、委托等。

  • 1、賦值方式:將一個值類型變數賦給另一個值類型變數時,將複製包含的值。這與引用類型變數的賦值不同,引用類型變數的賦值只複製對象的引用(即記憶體地址,類似C++中的指針),而不複製對象本身。
  • 2、繼承:值類型不可能派生出新的類型,所有的值類型均隱式派生自 System.ValueType。但與引用類型相同的是,結構也可以實現介面。
  • 3、null:與引用類型不同,值類型不可能包含 null 值。然而,可空類型允許將 null 賦給值類型(他其實只是一種語法形式,在clr底層做了特殊處理)。
  • 4、每種值類型均有一個隱式的預設構造函數來初始化該類型的預設值,值類型初始會預設為0,引用類型預設為null。
  • 5、值類型存儲在棧中,引用類型存儲在托管堆中。

2. 結構和類的區別?

結構體是值類型,類是引用類型,主要區別如題1。其他的區別:

  • 結構不支持無慘構造函數,不支持析構函數,並且不能有protected修飾;
  • 結構常用於數據存儲,類class多用於行為;
  • class需要用new關鍵字實例化對象,struct可以不適用new關鍵字;
  • class可以為抽象類,struct不支持抽象;

3. delegate是引用類型還是值類型?enum、int[]和string呢?

enum枚舉是值類型,其他都是引用類型。

4. 堆和棧的區別?

線程堆棧:簡稱棧 Stack
托管堆: 簡稱堆 Heap
  • 值類型大多分配在棧上,引用類型都分配在堆上;
  • 棧由操作系統管理,棧上的變數在其作用域完成後就被釋放,效率較高,但空間有限。堆受CLR的GC控制;
  • 棧是基於線程的,每個線程都有自己的線程棧,初始大小為1M。堆是基於進程的,一個進程分配一個堆,堆的大小由GC根據運行情況動態控制;

6.“結構”對象可能分配在堆上嗎?什麼情況下會發生,有什麼需要註意的嗎?

結構是值類型,有兩種情況會分配在對上面:

  • 結構作為class的一個欄位或屬性,會隨class一起分配在堆上面;
  • 裝箱後會在堆中存儲,儘量避免值類型的裝箱,值類型的拆箱和裝箱都有性能損失,下一篇會重點關註;

7. 理解參數按值傳遞?以及按引用傳遞?

  • 按值傳遞:對於值類型傳遞的它的值拷貝副本,而引用類型傳遞的是引用變數的記憶體地址,他們還是指向的同一個對象。
  • 按引用傳遞:通過關鍵字out和ref傳遞參數的記憶體地址,值類型和引用類型的效果是相同的。

8. outref的區別與相同點?

  • outref都指示編譯器傳遞參數地址,在行為上是相同的;
  • 他們的使用機制稍有不同,ref要求參數在使用之前要顯式初始化,out要在方法內部初始化;
  • outref不可以重載,就是不能定義Method(ref int a)和Method(out int a)這樣的重載,從編譯角度看,二者的實質是相同的,只是使用時有區別;

9. C#支持哪幾個預定義的值類型?C#支持哪些預定義的引用類型?

值類型:整數、浮點數、字元、bool和decimal

引用類型:Object,String

10. 有幾種方法可以判定值類型和引用類型?

簡單來說,繼承自System.ValueType的是值類型,反之是引用類型。

11. 說說值類型和引用類型的生命周期?

值類型在作用域結束後釋放。

引用類型由GC垃圾回收期回收。這個答案可能太簡單了,更詳細的答案在後面的文章會說到。

12. 如果結構體中定義引用類型,對象在記憶體中是如何存儲的?例如下麵結構體中的class類 User對象是存儲在棧上,還是堆上?

public struct MyStruct 
{ 
    public int Index; 
    public User User; 
}

MyStruct存儲在棧中,其欄位User的實例存儲在堆中,MyStruct.User欄位存儲指向User對象的記憶體地址。


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