實值型別與參考型別 - C# 教學

資料項的型別會決定兩件事：存放該資料所需的記憶體容量（位元數），以及此型別包含的資料成員；除此之外，型別也會規範物件在記憶體中的配置位置，分為堆疊（Stack）與堆積（Heap）兩種。

型別主要分成兩大類：實值型別（Value Types）與參考型別（Reference Types），兩類物件在記憶體的存放機制完全不同。

1、實值型別只佔用單一區塊記憶體，這塊記憶體會直接存放原始資料內容。

實值型別的資料直接存放在堆疊Stack當中，Data欄位直接儲存數值，舉例int age = 12; 數值12就直接存放於此堆疊區塊

2、參考型別需要兩段獨立記憶體：

第一段用來存放物件真實資料，且永遠配置在堆積裡；
第二段是一組參考位址，指向堆積中資料的存放位置。（堆疊只存堆積的記憶體位址，C語言時代稱為指標）

參考型別的資料主體存放在堆積，會分配一組記憶體位址例如000001，堆疊則儲存這組對應的參考位址Reference

上面兩張示意圖，僅適用於物件不隸屬其他物件之資料成員的狀況。

重點提醒

參考型別物件的實體資料區塊，一律存放在堆積，如上圖所示。

但實值型別執行個體、或是參考型別的參考位址，存放位置可能是堆疊也可能是堆積，取決於程式碼的撰寫結構。

舉例說明：

假設有一個參考型別 Person，內含兩個成員變數：一個實值型別成員、一個參考型別成員。

不少人會誤以為：實值型別成員放堆疊、參考位址放堆疊，物件實體放堆積（如上圖），但這個觀念是錯誤的。

記住核心規則：參考型別執行個體的全部實體資料永遠配置在堆積。兩個成員都屬於該物件的實體內容，因此不論成員本身是實值或參考型別，都會一併存放在堆積內。

程式範例：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        Person bill = new Person("Bill", 18);
    }

}

class Person
{
    private string name;

    private int age;

    private Phone myPhone;

    public Person(string name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.myPhone = new Phone();
        this.myPhone.number = 12345;
    }
}   

class Phone
{
    public long number;
}Code language: JavaScript (javascript)

觀察上面範例，Person類別的成員除了基礎型別age、name，還有自訂型別Phone；而Phone本身又包含long基礎型別，用來儲存手機號碼。

讀者看到Person內的int age、或是Phone內的long number，可能會覺得它們是實值型別就該存放在堆疊，實際並非如此。就算這些是內建基礎型別，只要做為自訂類別的成員變數，就會跟隨物件執行個體一併存放在堆積，完整記憶體配置如下：

從圖中可見int age與long number雖是內建實值型別，但做為自訂類別成員時存放於堆積；myPhone儲存的是參考位址，由此可見參考型別的參考欄位也有可能存放在堆積。

請記住：所有自訂類別的成員變數一律存放在堆積，無論該成員是實值或參考型別。若類別內有參考型別成員（例如範例中的myPhone），該欄位只會存放另一個物件在堆積的位址。

如果Phone類別當中再包含其他自訂型別，Phone的記憶體區塊就會再多一組欄位，存放另一個自訂物件的參考位址。

整支程式從Main函式開始執行，最頂層的參考物件位址存放在堆疊，後續所有關聯物件會像鏈條一樣層層連結在堆積中。

另一個範例

// 參考型別類別
class MyType
{
    public int A;       // 實值型別成員，內嵌於堆積的MyType執行個體內
    public Person B;    // 參考型別成員，參考指標存堆積，物件實體另開堆積空間
}

class Person
{
    public string Name;
}

void Test()
{
    // 堆疊存放myObj的參考指標
    MyType myObj = new MyType(); 
    /*
    堆積配置：
    MyType物件 {
        A: 內嵌int數值
        B: 指向Person的參考指標
    }
    另一塊堆積空間：Person{ Name: ... }
    */

    // 區域實值變數，直接配置在堆疊
    int localNum = 10;
}Code language: PHP (php)

上述規則適用於類別的成員變數，不包含類別內的函式方法。若類別方法內宣告區域變數或參考物件，這些區域實值變數、參考物件的位址依舊存放在堆疊，可參考下方程式碼：

再看以下範例：

using System.ComponentModel.DataAnnotations;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        Person bill = new Person("Bill", 18);
        bill.Calculate();
    }

}

class Person
{
    private string name;

    private int age;

    private Phone myPhone;

    public Person(string name, int age)
    {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.myPhone = new Phone();
        this.myPhone.number = 12345;
    }

    public int Calculate()
    {
        int one = 12;
        int two = 23;
        Phone myNewPhone = new Phone();
        return one + two;
    }
}   

class Phone
{
    public long number;
}Code language: PHP (php)