【C#基础知识 8】3. 数据类型 -- 3.1 值类型

C#基础知识 3：数据类型

3.1 值类型

值类型 是直接存储在栈（stack）中的数据类型。值类型包括基本数据类型（如 int, float, double, bool, char）和结构体（struct）。以下是值类型的详细讲解，包括其优点、缺点以及代码示例。

3.1.1 值类型的基本概念

值类型 是直接存储在栈中的数据类型。值类型的变量直接包含数据的值。当一个值类型变量被赋值给另一个变量时，会创建数据的副本。

示例：

csharp

int a = 10;
int b = a; // b 是 a 的副本
b = 20;    // 修改 b 不会影响 a
Console.WriteLine(a); // 输出: 10
Console.WriteLine(b); // 输出: 20

3.1.2 值类型的主要类别

1. 基本数据类型：

   • int：32位整数。
   • float：32位单精度浮点数。
   • double：64位双精度浮点数。
   • bool：布尔值（true 或 false）。
   • char：16位Unicode字符。
   • byte：8位无符号整数。
   • short：16位有符号整数。
   • long：64位有符号整数。
   • decimal：128位十进制数。
   • sbyte：8位有符号整数。
   • ushort：16位无符号整数。
   • uint：32位无符号整数。
   • ulong：64位无符号整数。

2. 结构体（struct）：

   • 用户定义的复合数据类型。
   • 结构体可以包含字段、方法、属性等。

示例：

csharp

public struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }

    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Point: ({X}, {Y})");
    }
}

3.1.3 值类型的优点

1. 性能：

   • 值类型直接存储在栈中，访问速度更快。
   • 没有堆分配和垃圾回收的开销。

2. 内存效率：

   • 值类型占用的内存较小，适合存储大量数据。
   • 避免了堆内存分配的开销。

3. 简单性：

   • 值类型的使用简单直观，易于理解和管理。
   • 没有引用类型的复杂性。

4. 线程安全：

   • 值类型的副本是独立的，不会出现线程安全问题。
   • 适合多线程环境。

5. 避免空引用：

   • 值类型不能为 null（除非使用可空值类型）。
   • 减少了空引用异常的风险。

3.1.4 值类型的缺点

1. 内存开销：

   • 每个值类型变量都会在栈中分配内存，可能导致内存消耗增加。
   • 对于大型结构体，内存开销可能较大。

2. 复制开销：

   • 当值类型变量被赋值给另一个变量时，会创建数据的副本。
   • 对于大型结构体，复制开销可能较大。

3. 不可变性：

   • 值类型的变量是不可变的（除非使用 ref 关键字）。
   • 修改值类型变量时，会创建新的副本。

4. 缺乏继承：

   • 值类型不能继承自其他类或结构体。
   • 限制了代码的重用性和灵活性。

5. 默认值：

   • 值类型有默认值（如 int 的默认值为 0）。
   • 在某些情况下，可能需要显式初始化。

3.1.5 值类型的代码示例

以下是一些详细的代码示例，展示了如何声明和使用值类型。

示例1：基本数据类型

文件1：Program.cs

csharp

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        int b = a; // b 是 a 的副本
        b = 20;    // 修改 b 不会影响 a
        Console.WriteLine(a); // 输出: 10
        Console.WriteLine(b); // 输出: 20

        float f = 3.14f;
        double d = 3.14159;
        bool isTrue = true;
        char c = 'A';
        byte b1 = 255;
        short s = 32767;
        long l = 9223372036854775807L;
        decimal dec = 123.456m;
        sbyte sb = 127;
        ushort us = 65535;
        uint ui = 4294967295U;
        ulong ul = 18446744073709551615UL;

        Console.WriteLine($"int: {a}, float: {f}, double: {d}, bool: {isTrue}, char: {c}");
        Console.WriteLine($"byte: {b1}, short: {s}, long: {l}, decimal: {dec}");
        Console.WriteLine($"sbyte: {sb}, ushort: {us}, uint: {ui}, ulong: {ul}");
    }
}

示例2：结构体

文件1：Point.cs

csharp

public struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }

    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Point: ({X}, {Y})");
    }
}

文件2：Program.cs

csharp

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Point p1 = new Point();
        p1.X = 10;
        p1.Y = 20;
        p1.Display(); // 输出: Point: (10, 20)

        Point p2 = p1; // p2 是 p1 的副本
        p2.X = 30;
        p2.Display(); // 输出: Point: (30, 20)
        p1.Display(); // 输出: Point: (10, 20) // p1 未受影响
    }
}

示例3：可空值类型

文件1：Program.cs

csharp

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int? nullableInt = null;
        double? nullableDouble = 3.14;
        bool? nullableBool = true;

        Console.WriteLine($"nullableInt: {nullableInt}");
        Console.WriteLine($"nullableDouble: {nullableDouble}");
        Console.WriteLine($"nullableBool: {nullableBool}");

        if (nullableInt.HasValue)
        {
            Console.WriteLine($"nullableInt has value: {nullableInt.Value}");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("nullableInt is null");
        }

        if (nullableDouble.HasValue)
        {
            Console.WriteLine($"nullableDouble has value: {nullableDouble.Value}");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("nullableDouble is null");
        }

        if (nullableBool.HasValue)
        {
            Console.WriteLine($"nullableBool has value: {nullableBool.Value}");
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("nullableBool is null");
        }
    }
}

示例4：值类型与方法参数

文件1：Program.cs

csharp

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = 10;
        Console.WriteLine($"Before: a = {a}"); // 输出: Before: a = 10

        Increment(a);
        Console.WriteLine($"After: a = {a}"); // 输出: After: a = 10

        int b = 20;
        Console.WriteLine($"Before: b = {b}"); // 输出: Before: b = 20

        IncrementByRef(ref b);
        Console.WriteLine($"After: b = {b}"); // 输出: After: b = 21
    }

    static void Increment(int value)
    {
        value++;
    }

    static void IncrementByRef(ref int value)
    {
        value++;
    }
}

通过以上详细讲解和代码示例，您可以更好地理解和使用C#中的值类型。值类型是直接存储在栈中的数据类型，具有高性能和内存效率，但需要注意其复制开销和不可变性。