检查 .NET 类型系统

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C# 是强类型语言。每个变量和常量都有一个类型，计算结果为值的每个表达式也一样。 .NET 类库定义表示各种构造的内置数值类型和复杂类型。这些构造包括文件系统、网络连接、集合和对象数组以及日期。典型的 C# 程序使用类库中的类型和用户定义的类型，这些类型对特定于程序问题域的概念进行建模。

内置类型

C# 提供一组标准的内置类型。这些标准类型表示整数、浮点值、布尔表达式、文本字符、小数值和其他类型的数据。还有内置字符串和对象类型。这些类型可用于任何 C# 程序。

自定义类型

可以使用 struct、class、interface、enum和 record 构造来创建自己的自定义类型。 .NET 类库本身是可在自己的应用程序中使用的自定义类型的集合。默认情况下，类库中最常用的类型在任何 C# 程序中都可用。仅当显式添加对定义它们的程序集的项目引用时，其他人才可用。编译器对程序集的引用后，可以在源代码中声明该程序集中声明的类型（和常量）。

通用类型系统

了解 .NET 中类型系统的两个基本点非常重要：

它支持继承原则。类型可以派生自其他类型，称为基类型。派生类型继承方法、属性和基类型的其他成员（有一些限制）。基类型反过来可以派生自某些其他类型，在这种情况下，派生类型继承其继承层次结构中这两种基类型的成员。所有类型（包括 System.Int32（C# 关键字：int）等内置数值类型最终派生自单个基类型，即 System.Object（C# 关键字：object）。这种统一类型层次结构称为通用类型系统（CTS）。
CTS 中的每个类型都定义为值类型或引用类型。这些类型包括 .NET 类库中的所有自定义类型，以及你自己的用户定义的类型。使用结构关键字定义的类型是值类型;所有内置数值类型都是结构。使用类或记录关键字定义的类型是引用类型。引用类型和值类型具有不同的编译时规则和不同的运行时行为。

下图显示了 CTS 中的值类型和引用类型之间的关系。

显示值和引用类型的关系图。

类和结构是 .NET 中通用类型系统的基本构造之二。每个结构本质上都是一个数据结构，它封装一组作为逻辑单元属于一起的数据和行为。数据和行为是 class、struct或 record的成员。类的成员包括属性（数据）、方法（行为）、字段（类中声明的变量），等等。

class、struct或 record 声明类似于用于在运行时创建实例或对象的蓝图。如果定义名为 Person的类，则 Person 类型的名称。如果声明和初始化 p类型的变量 Person，则 p 据说是 Person的对象或实例。可以创建同一 Person 类型的多个实例，并且每个实例在其属性和字段中可以具有不同的值。

类是引用类型。创建类型的对象时，为其分配对象的变量只保留对该内存的引用。将对象引用分配给新变量时，新变量引用原始对象。通过一个变量所做的更改反映在另一个变量中，因为它们都引用了相同的数据。

struct 是值类型。创建 struct 时，为其分配 struct 的变量将保留 struct的实际数据。将 struct 分配给新变量时，将复制数据值。因此，新变量和原始变量包含同一数据的两个单独的副本。对一个副本所做的更改不会影响另一个副本。

记录类型可以是引用类型（record class）或值类型（record struct）。记录类型包含支持值相等性的方法。

一般情况下，类用于对更复杂的行为进行建模。类通常存储在创建类对象后要修改的数据。结构最适合小型数据结构。结构通常存储创建 struct 后不打算修改的数据。记录类型是具有其他编译器合成成员的数据结构。记录通常存储创建对象后不打算修改的数据。

值类型

值类型派生自 System.ValueType，派生自 System.Object。从 System.ValueType 派生的类型在公共语言运行时中具有特殊行为。值类型变量直接包含其值。 struct 的内存在声明变量的任何上下文中内联分配。值类型变量没有单独的堆分配或垃圾回收开销。可以声明属于值类型的记录结构类型，并包括记录的合成成员。

有两类值类型：结构与枚举。

内置数值类型是结构，它们具有可以访问的字段和方法：


// constant field on type byte.
byte b = byte.MaxValue;

但是，声明并为其赋值，就像它们是简单的非聚合类型一样：


byte num = 0xA;
int i = 5;
char c = 'Z';

值类型密封。不能从任何值类型派生类型，例如 System.Int32。无法定义从任何用户定义的 struct 或 class 继承的 struct，因为 struct 只能从 System.ValueType继承。

使用结构关键字创建自己的自定义值类型。通常，结构用作一小部分相关变量的容器，如以下示例所示：


public struct Coords
{
    public int x, y;

    public Coords(int p1, int p2)
    {
        x = p1;
        y = p2;
    }
}

另一类值类型是 enum。 enum 定义一组命名整型常量。例如，.NET 类库中的 System.IO.FileMode 枚举包含一组命名的常量整数，用于指定应如何打开文件。以下示例显示了 enum 的语法：


public enum FileMode
{
    CreateNew = 1,
    Create = 2,
    Open = 3,
    OpenOrCreate = 4,
    Truncate = 5,
    Append = 6,
}

System.IO.FileMode.Create 常量的值为 2。但是，对于读取源代码的用户来说，名称更有意义，因此最好使用枚举而不是常量文本数字。

所有 enums 都继承自 System.Enum，后者继承自 System.ValueType。应用于 structs 的所有规则也适用于 enums。

引用类型

class、record、delegate、array和 interface 类型引用类型。

声明引用类型的变量时，它将包含值 null，直到使用该类型的实例分配它或使用 new 运算符创建一个。

以下示例演示如何使用数组声明引用类型变量：


// Declaring an array variable
int[] numbers;

// Initializing the array with a size of 5
numbers = new int[5];

// Alternatively, declaring and initializing an array in one line
int[] numbers2 = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

// Assigning a reference to another variable
int[] numbers3 = numbers2;

new 运算符创建类型的实例，并返回对该实例的引用。引用是对象的内存地址，该引用存储在变量中。将引用类型变量分配给另一个变量时，将复制引用，而不是对象本身。这两个变量都引用内存中的同一对象。

注意

除了引用类型外，数组也是集合。可以使用集合表达式初始化集合，这消除了在一行中声明和初始化数组时包括 new 关键字的要求。例如：int[] numbers = [ 1, 2, 3, 4, 5 ];。

可以使用用于实例化内置类型的相同语法创建类的实例。以下示例演示如何创建类的实例：


MyClass myClass = new MyClass();
MyClass myClass2 = myClass;

new 运算符创建类的实例，并返回对该实例的引用。引用是对象的内存地址，该引用存储在变量中。将引用类型变量分配给另一个变量时，将复制引用，而不是对象本身。这两个变量都引用内存中的同一对象。

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