【原创】《.net本质论》读书笔记三

上一章讲的是Type，这一章讲了实例在内存中的情况。主要内容有两个——分清楚值类型和引用类型；搞清楚GC是怎么回事。这其中当然也介绍了一些有用的函数了。

1、值类型和引用类型

值类型是继承于System.ValueType的类型，它与引用类型一样可以有字段、方法，但是不能被继承，运行时是存储在栈上的。

值类型在CLR中只有三种：基本数据类型，如Int32，Boolean；struct；enum。

引用类型则是继承于System.Object的，其运行时的内存结构中有对象头，记录虚函数等信息，并是存储在托管堆上的。

当编译器遇到c#中的int、bool等原始类型时，会将它们翻译成CLR的Int32、Boolean类型，在运行时，这些Int32、Boolean不像引用类型的实例，有对象头。虽然System.ValueType也是继承于System.Object，但是ValueType这个类就告诉了编译器，要将这些类型区别对待。

一个值类型的定义

struct Oil
    {
        int price;
        public Oil(int p){this.price = p;}
    }

代码中，Oil和price都是值类型，看中间代码：

可以看出，Oil是继承于ValueType的，（值得注意的是：c#代码中不可以写:ValueType来表示继承，当写struct时，就是隐式继承于ValueType，而且编译器会隐式地加上sealed关键字），price也被翻译成Int32了。

enum（枚举）也是一个值类型， enum默认是Int32类型，而且如果没有指定显式值的话，默认从0，1，2这样开始。enum的类型也可以指定类型，如下：

可以用enum实现bitmask（位掩码），如下：

用[System.Flags]属性时，enum底层的ToString()方法也会改变。如下：

使用Flags属性的enum

static void Main(string[] args)
        {
            CarOptions car = CarOptions.FogLights | CarOptions.Spoiler | CarOptions.SunRoof;
            Console.WriteLine(car.ToString());
        }

        [System.Flags]
        public enum CarOptions
        {
            SunRoof = 0x01,
            Spoiler = 0x02,
            FogLights = 0x04,
            TintedWindows = 0x08,
        }

CarOptions里的值分别为1、2、4、8，从二进制角度看就是一个位值，所以叫位掩码。上面这个代码输出了ToString()是：

这时，(int)car的值是7.

总结值类型和引用类型的不同：

a、分配内存地方不同，值类型在stack上，引用类型所指对象在managed heap上。

b、值类型是继承于ValueType的，后者不是。

c、二者都可以有构造函数并通过new来调用。不同在，前者的new被编译器翻译为iniobj，后者被翻译为newobj，而且后者声明有参ctor后不可以有默认ctor，前者可以。

d、前者只能实现接口，不能继承类，后者可以实现接口、继承类。

函数传参时是值传递，那如果struct里有一个引用类型呢？这时传入的还是struct的值，不过当改变struct里引用类型对象的field时，这时做改变的是托管堆上的内容，所以，传入值看似也变了，其实还是值传递。

2、相等（equivalent）和同一（identical）

对于值类型，判断相等和同一是一样的，只是指的比较。引用类型则不同，equivalent是说对象内部值相等，identical是说引用是否指向同一个对象。判断两个引用是否指向同一个对象，用Object.ReferenceEquals(Object o)，也可以用==（在c++或c#里）。但是，由于运算符可以重载，所以不建议用==判断。如果使用Object.GetHashCode()的返回值来判断，两个对象的hashcode不相等，则肯定不是一个引用；如果相等，也不一定是一个对象。因为不同对象通过hash函数也可以得出相同hash值。

对于equivalent，需要自定义类型重载Object的Equals(Object o)，才能正确判断对象是否相等。

一般来说，Object.GetHashCode(), Object.Equals(), IComparable.CompareTo()是需要同时override的。

3、拷贝

从一个对象拷贝出另一个对象，用Object.MemberwiseClone(), 这个是shallow copy(即值拷贝)。要实现对象的deep copy，需要实现ICloneable接口，覆写Clone()函数。String类的Clone也是shallow copy，用String.Copy(string str)可以新创建实例。

4、boxing、unBoxing

装箱操作发生在把一个值类型赋给一个引用，拆箱操作发生在把一个对象转换为值类型。注意：int到Int32是编译器映射的，不算是装箱。

5、多维数组

CLR支持两种多维数组——一种是c类型的数组，每行的元素个数相等；一种是交错(jagged)数组，每行的元素个数可以不等。以二维为例：

第一种的声明方式： int[,] array = new [3,4]; // 三行两列

第二种的声明方式： int[][] array = new [3][]; //三行，每行个数不定

第一种可以通过array.GetLength(int dimension)获取每一维的长度，start with 0;

第二种需要array[0] = new int[8]来定义每一行。

6、关于GC

CLR的GC通过查找所有引用，以此识别哪些对象是不可以回收的，其余的托管内存就可以回收。但实际上没有那么简单。

a、根引用vs非根引用

根引用是static引用或者local variable，非根引用是对象的字段。能通过根引用直接或间接找到的是reachable的对象，其他是unreachable的。词法上的存活期不代表这个对象就是reachable的，CLR通过JIT编译器的liveness信息来判断一个local variable是否是存活的。

b、当确定了哪些对象是unreachable的，GC就可以回收这些内存。至于GC何时、如何回收，程序员无需关心。

c、终结处理（Object Finalization）

如果想在对象被回收时写清理代码，可以重写Finalize()函数。不过这个函数在c#中不可以直接写，而是用析构函数来表示的。编译器会在Finalize方法里用析构函数的代码，最后调用基类型的Finalize方法。

这个过程是异步的，什么意思呢？当GC开始回收时，发现这个对象虽然是unreachable但是有Finalize方法，这时GC不会立即回收这个对象，而是将它挂到FinalizeQueue上(就是这个queue有一个referece指向对象)等待GC的终结线程来执行这个方法。这样这个对象会survive到下一个generation。这导致回收线程和终结线程不同时发生，甚至相隔时间较大，异步产生。

使用Finalize方法会让对象存活时间变长，而且会占用两次回收过程，不建议使用，在实际编程中，应该用Dispose方法。

d、Dispose()

实现了IDispose()接口，通过程序员主动调用Dispose()进行资源清理，并在Dispose()函数里写System.GC.SuppressFinalize(this)的方法，不让对象挂到FinalizeQueue上，这样，对象是即时被回收的，而且没有进入下一个generation，同时也节省了一个回收过程。

利用using语法，在对象离开using范围时，Dispose自动被调用，即时清理资源。如下：

using语法自动调用Dispose方法

using(T obj1 = new T(), obj2 = new T())
{
   //obj1、obj2是local variables
}  //obj1/obj2.Dispose被调用

e、弱引用（weakReference）

我们上面说的都是强引用，就是说有引用直接指向对象。GC不会回收强引用指向的对象。那么，当一个对象我们需要访问，但是如果GC想回收也可以回收的时候，就要用到弱引用System.WeakReference。举例说：

弱引用的使用

            Truck t = new Truck(200);
            System.WeakReference weak = new WeakReference(t, false);//创建弱引用
            t = null;//删除强引用
            t = (Truck)weak.Target;//利用弱引用的target找回强引用
            Console.WriteLine(t);

            t = null;//再次删除强引用
            System.GC.Collect();//垃圾回收

            t = (Truck)weak.Target;//试图利用弱引用的target找回强引用
            if (t == null)//run获取不到，但是debug时可以获取
                Console.WriteLine("reference collected");
            else
                Console.WriteLine(t);

上面代码详细介绍了弱引用的使用。但是有一个问题，当GC回收后，我run代码输出

debug时输出：

这是为什么呢？