練習 - 探索參考類型

8 分鐘

參考型別包括陣列、類別和字串。參考型別的處理方式，在執行應用程式時儲存值的方式上與實值型別不同。

在本練習中，您將會了解參考型別與實值型別的不同，以及如何使用 new 運算子來將變數與電腦記憶體中的值建立關聯。

參考型別與實值型別有何不同

實值型別變數會將其值直接儲存在稱為「堆疊」的儲存體區域。堆疊是配置到目前正在 CPU 上執行程式碼的記憶體 (也稱為堆疊框架或啟用框架)。當堆疊框架完成執行後，隨即移除堆疊中的值。

參考型別變數會將其值儲存在稱為「堆積」的不同記憶體區域中。堆積是同時在作業系統上執行的許多應用程式所共用記憶體區域。 .NET 執行階段會和作業系統通訊，判斷哪些記憶體位址可用，並要求可儲存值的位址。 .NET 執行階段會儲存值，然後將記憶體位址傳回至變數。當程式碼使用變數時，.NET 執行階段便會順暢地查閱儲存在變數中的位址，並擷取儲存在該處的值。

您接下來會撰寫一些程式碼，更清楚地呈現這些想法。

定義參考型別變數

刪除或使用行註解運算子 //，將上一個練習中的所有程式碼標記為註解。
在 Visual Studio Code 編輯器更新您的程式碼，如下所示：
```
int[] data;
```
上述程式碼會定義變數，保存 int 類型陣列的值。

此時，data 僅只是一個變數，可保存參考，或是堆積中值的記憶體位址。由於其並未指向記憶體位址，因此稱為「Null 參考」。
使用 int 關鍵字建立 new 陣列的執行個體

使用下列程式碼，在 [Visual Studio Code 編輯器] 中更新程式碼，建立並指派 int 陣列的新執行個體：
```
int[] data;
data = new int[3];
```
new 關鍵字會通知 .NET 執行階段建立 int 陣列的執行個體，然後與作業系統協調，將其儲存在記憶體中。 .NET 執行階段會編譯並傳回新 int 陣列的記憶體位址。最後，記憶體位址會儲存在變數資料中。 int 陣列的元素預設為值 0，因為這是 int 的預設值。
修改程式碼範例，在單行程式碼中執行兩種作業

上述步驟中的兩行程式碼通常會縮短成單行程式碼，同時宣告變數並建立 int 陣列的新執行個體。將步驟 3 中的程式碼修改為下列內容。
```
int[] data = new int[3];
```
雖然沒有可觀察的輸出，但希望本練習可讓 C# 語法與使用參考類型的處理序步驟相關方式更加清楚。

C# 字串資料類型有何不同？

string 資料類型也是參考型別。您可能會好奇為何在宣告字串時不使用 new 運算子。這純粹是 C# 設計人員提供的便利性。因為 string 資料類型頻繁使用，所以您可使用此格式：

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

不過，會在幕後建立 System.String 的新執行個體，並初始化為 "Hello World!"。

使用實值和參考類型的實際考量

實值類型 (int)：在此範例中，val_A 和 val_B 是整數實值類型。

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}");

您應該會看見下列輸出：

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

val_B = val_A 執行時，會複製 val_A 的值並將其儲存在 val_B 中。因此，當 val_B 變更時，val_A 不受影響。

參考類型 (陣列)：在此範例中，ref_A 和 ref_B 是陣列參考類型。

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]}");

您應該會看見下列輸出：

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

ref_B = ref_A 執行時，ref_B 會指向與 ref_A 相同的記憶體位置。因此，當 ref_B[0] 變更時，ref_A[0] 也會隨之變更，因為兩者指向相同的記憶體位置。這是實值類型與參考類型之間的主要差異。

概括回顧

實值型別可保存較小的值，並會儲存在堆疊中。參考型別可保存較大的值，且參考型別的新執行個體是使用 new 運算子來建立。參考型別變數會保存儲存在堆積中實際值的參考 (記憶體位址)。
參考型別包括陣列、字串和類別。

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