演習 - 参照型を検出する

8 分

参照型には、配列、クラス、および文字列が含まれます。参照型は、アプリケーションの実行時に値が格納される方法に関して、値の型とは異なる方法で処理されます。

この演習では、参照型と値の型との違いについて学習するほか、new 演算子を使用して、コンピューターのメモリ内の値に変数を関連付ける方法についても学習します。

参照型と値の型との違い

値の型の変数では、その値は "スタック" というストレージの領域に直接格納されます。スタックとは、CPU で現在実行されているコードに割り当てられているメモリです (スタックフレームまたはアクティブ化フレームとも呼ばれます)。スタックフレームで実行が完了すると、スタック内の値は削除されます。

参照型の変数では、その値は "ヒープ" と呼ばれる個別のメモリ領域に格納されます。ヒープとは、オペレーティングシステム上で同時に実行されている多数のアプリケーション間で共有されるメモリ領域です。 .NET ランタイムでは、オペレーティングシステムと通信して、使用可能なメモリアドレスを特定し、値を格納できるアドレスを要求します。 .NET ランタイムでは、値を格納してから、メモリアドレスをその変数に返します。ご利用のコードでこの変数が使用される場合、.NET ランタイムによって、変数に格納されたアドレスがシームレスに検索され、そこに格納されている値が取得されます。

次に、これらのアイデアをより明確に示すコードを作成します。

参照型の変数を定義する

前の演習のコードをすべて削除するか、行コメント演算子 // を使ってコメントアウトしてください。
Visual Studio Code エディターで次のようにコードを更新してください。
```
int[] data;
```
前のコードでは、int 型の配列の値を保持できる変数が定義されています。

この時点で、data は、参照 (もっと厳密には値のメモリアドレス) をヒープ内に格納することが可能な単なる変数です。これはメモリアドレスを指していないため、"null 参照" と呼ばれます。
int キーワードを使用して new 配列のインスタンスを作成します

次のコードを使用して、Visual Studio Code Editor でコードを更新し、int 配列の新しいインスタンスを作成して割り当てます。
```
int[] data;
data = new int[3];
```
new キーワードは、.NET ランタイムに int 配列のインスタンスを作成してから、配列のサイズが 3 の int 値をメモリに格納するためにオペレーティングシステムと調整するように指示します。 .NET ランタイムは、新しい int 配列のメモリアドレスをコンパイルして返します。最後に、メモリアドレスは変数データに格納されます。 int 配列の要素の既定は、0 の既定値である値 int です。
1 行のコードで、両方の操作を実行できるようにコードの例を変更します

通常は、前の手順の 2 行から成るコードを 1 行のコードに短縮して、変数の宣言と、int 配列の新しいインスタンスの作成の両方が行われます。ステップ 3 のコードを、次のように変更します。
```
int[] data = new int[3];
```
出力はありませんが、この演習により、参照型を操作するプロセスの手順に C# 構文がどのように関連しているかを明確にできました。

C# 文字列データ型の違い

string データ型も参照型です。文字列を宣言するときに、なぜ new 演算子を使用しないのか疑問に思われるかもしれません。これは純粋に、C# の設計者によってもたらされた利便性です。 string データ型は非常に頻繁に使用されるため、次の形式を使用できます。

string shortenedString = "Hello World!";
Console.WriteLine(shortenedString);

しかし、背後では、System.String の新しいインスタンスが作成され、"Hello World!" に初期化されます。

値および参照の型の使用に関する実用的な懸念事項

値の型 (int):次の例では、val_A と val_B が整数値型です。

int val_A = 2;
int val_B = val_A;
val_B = 5;

Console.WriteLine("--Value Types--");
Console.WriteLine($"val_A: {val_A}");
Console.WriteLine($"val_B: {val_B}");

次の出力が表示されます。

--Value Types--
val_A: 2
val_B: 5

val_B = val_A を実行すると、val_A の値がコピーされ、val_B に格納されます。そのため、val_B が変更されても、val_A は影響を受けません。

参照の型 (array):この例では、ref_A と ref_B が配列参照型です。

int[] ref_A= new int[1];
ref_A[0] = 2;
int[] ref_B = ref_A;
ref_B[0] = 5;

Console.WriteLine("--Reference Types--");
Console.WriteLine($"ref_A[0]: {ref_A[0]}");
Console.WriteLine($"ref_B[0]: {ref_B[0]}");

次の出力が表示されます。

--Reference Types--
ref_A[0]: 5
ref_B[0]: 5

ref_B = ref_A を実行すると、ref_B は、ref_A と同じメモリ位置を指します。したがって、両方とも同じメモリ位置を指すため、ref_B[0] が変更されると、ref_A[0] も変更されます。これは、値の型と参照の型の主要な違いです。

まとめ

値の型ではより小さい値を保持することができます。値の型はスタックに格納されます。参照型では大きな値を保持できます。参照型の新しいインスタンスは、new 演算子を使用して作成されます。参照型の変数では、ヒープに格納されている実際の値への参照 (メモリアドレス) が保持されます。
参照型には、配列、文字列、およびクラスが含まれます。

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