前文我們簡單對結(jié)構(gòu)的用法作了一個介紹，可以看到結(jié)構(gòu)和類的用法基本上一樣，只是部分細(xì)節(jié)需要注意，比如無參構(gòu)造器什么的。下面我們進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行探討，讓你對結(jié)構(gòu)有一個更深層的認(rèn)識。

本節(jié)內(nèi)容或多或少會從 C 語言和 C++ 那邊拿一點(diǎn)東西過來說明。如果你沒有對 C 語言和 C++ 很熟悉的話，可能有一些地方看不太懂。不過，這里主要還是在說 C#，所以即使你看到了不太明白的地方，也沒有啥大問題，暫時先跳過它們就行。

Part 1 可變和不可變結(jié)構(gòu)

和類一樣，結(jié)構(gòu)也具有完全一致的用法和書寫規(guī)則。不過，類里我們可以對字段設(shè)置 readonly，也可以不設(shè)置。如果不設(shè)置 readonly，那么這個字段就有可能可提供在以后修改和變動。

如果一個類型的所有數(shù)據(jù)成員都無法在以后修改，只能在聲明的時候（用 new 實(shí)例化出來的對象）才能指定數(shù)據(jù)的話，那么這樣的類型我們稱為不可變類型（Immutable Type）；相反地，如果數(shù)據(jù)在實(shí)例化后，仍然可修改的話，那么這個數(shù)據(jù)類型我們稱為可變類型（Mutable Type）。

類和結(jié)構(gòu)一樣，既可以定義為可變類型，也可以定義為不可變類型。舉個例子，我們還是拿 Person 說明：

比如這個例子。我們把 Age 和 IsBoy 都設(shè)置成了可提供后續(xù)修改的、底層字段沒有 readonly 修飾的屬性。此時，Person 類型是可變的。

Part 2 值類型和引用類型的賦值行為

在寫代碼的時候，我們經(jīng)常碰到這樣的代碼：

這個代碼是想把右側(cè)的 a 賦值給左側(cè)的 b。那么，如果 a 是引用類型的話，這種賦值過程到底是想表達(dá)什么意思呢？具體行為是什么樣的呢？

引用類型就意味著類型是以引用形式傳遞的。我們之前說過，C# 是從 C 語言和 C++ 拓展起來的，因此我們?yōu)榱舜蠹夷苊靼紫旅娴臇|西，我們從 C 語言和 C++ 層面來介紹。

在 C++ 里，傳參模式分 3 種：

• 值傳遞

• 引用傳遞

• 指針傳遞

C# 把這個傳參機(jī)制沿用了下來。

在 C 語言和 C++ 里，值傳遞指的是把數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容全都拷貝一份過來，然后賦值給另外一個變量。這也就意味著，賦值方和接收方兩邊的數(shù)據(jù)都是完全一樣的，而且還是獨(dú)立開來的。

接著。C 語言里是沒有引用傳遞這個概念的，因此我們只能剖析 C++ 里的引用傳遞。在 C++ 里，引用傳遞是想用一個所謂的引用（Reference）來表示一個數(shù)據(jù)。它相當(dāng)類似于指針的地址數(shù)值，但也有不同。引用的好處在于，你可以把兩個類型一致的變量通過引用進(jìn)行賦值；但是，通過指針賦值的話，因為接收方是一個指針變量（即存儲的是地址），那么左右兩側(cè)的變量的書寫格式和規(guī)范就可能“不對稱”。

我們對比一下 C 語言和 C++ 里，指針變量的賦值過程，你就知道了。

在指針賦值的時候，比如 int *p = &a 里，由于 a 是一個普通的變量，而接收方 p 卻是一個指針變量，因此我們不得不對右側(cè)的變量 a 追加 &，即取地址符號。而此時，左側(cè)變量 p 和右側(cè)變量 a 語法上就不對等了：左側(cè)的 p 是一個單純的 p，但右邊的 a 必須寫 &a。

這一點(diǎn)賦值可能你還感受不出來有多大的問題。在 C 語言里，存在一種叫做數(shù)組指針的概念，即一個指針變量，用于指向一個數(shù)組。那么假設(shè)我們這個數(shù)組是一維數(shù)組的話，那么整個數(shù)組指針就得這么寫：

可以看到代碼的第 7 行，我們聲明了一個 pArr 數(shù)組指針變量，這個變量用來接收一個數(shù)組的地址，表示左邊的變量是指向右邊的這個變量的。此時這個 &arr 的地址符號 & 是不能省略的。

可以看到這種書寫格式完全就“亂套”了。左邊的聲明居然寫成 int (*pArr)[3] 這樣復(fù)雜的東西，而右邊卻又是一個很簡單很簡單的 &arr 的取地址表達(dá)式。在語法上來說，它們寫法完全不同，我把這種行為稱為“不對稱的語法”。

可是，C# 引入了一種新的賦值模式：引用。賦值過程就會變得相當(dāng)簡單了：

因為 C# 里，數(shù)組符號 [] 必須靠向聲明類型一側(cè)，所以寫成 int[] arr 而沒有寫成 int arr[]；而另一方面，在引用賦值的時候，refArr 這個變量是直接用 = arr 賦值的。在 C++ 和 C 語言里，我們無法這么賦值，因為左側(cè)的數(shù)組必須要么通過初始化器賦值，要么隨后賦值，反正必須得定義長度，而不能用變量賦值給它：因為 C 語言和 C++ 里數(shù)組是一個指針（首地址）表達(dá)的一個存在，而直接賦值給左邊，就變成了“指針賦值給數(shù)組”的錯誤過程。

即使 C++ 里有引用這個東西，我們?nèi)匀恢荒軐懗深愃茢?shù)組指針一樣復(fù)雜的格式：int (&refArr)[3] = arr，還是很長也很不好看。但是這點(diǎn)在 C# 里，語法就很輕松了。

回到這里。引用傳遞和指針傳遞，實(shí)際上都只是把地址傳遞了一份過去，因此，這兩個變量（賦值方和接收方）是使用的同一塊內(nèi)存空間的。比如 C# 里，數(shù)組是引用類型，那么必然是引用傳遞：

想必你很快就能知道輸出結(jié)果是多少。沒錯，答案是 0。因為你在更改 refArr 指向的內(nèi)存空間的第二個元素，但 arr 和 refArr 是引用傳遞，因此修改 refArr 里的元素，就等效于在修改 arr 里的元素。因為它們指向的同一塊內(nèi)存空間，修改里面的元素其實(shí)是在更改指向的內(nèi)存空間，這里面的東西。

因此，引用類型是傳遞引用，而引用傳遞和地址傳遞（指針）的區(qū)別是，地址傳遞會導(dǎo)致語法不對稱，而引用傳遞不會，因此引用傳遞是一種非常方便便捷的賦值行為。而值傳遞則直接是把內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)全部拷貝一份過去，因此數(shù)據(jù)是獨(dú)立的兩個個體，不會有引用傳遞那樣“更改一邊會影響另一邊”的問題。

總之，值類型是值傳遞，而引用類型是引用傳遞，因此如果遇到最開頭的那句話：

如果 Person 是值類型，那么 b 和 a 就是完全獨(dú)立的兩個個體；而 Person 是引用類型的話，b 和 a 就指向同一塊內(nèi)存空間。

Part 3 復(fù)制構(gòu)造器

C# 里，我們允許對類指定一個帶有一個同類型參數(shù)的構(gòu)造器，這樣的構(gòu)造器稱為復(fù)制構(gòu)造器。

比如這樣?？墒?，這樣的賦值還是有點(diǎn)啰嗦，因為每個字段都要對應(yīng)到 another 變量上去，然后挨個賦值。C# 的值類型有一種獨(dú)特的賦值方式：

是的，C# 的引用類型里，this 引用是無法修改的。因為 GC。我之前就說過，GC 只看堆內(nèi)存。而引用類型剛好就是堆內(nèi)存存儲的數(shù)據(jù)。在 GC 回收一次后，漏出來的部分可能會通過“緊湊”處理把空閑部分拼起來放在一起?？蓡栴}在于，此時所有引用類型的對象的地址就有可能產(chǎn)生變化。this 本身就指代了一個對象，因為我們直接在類里賦值，所以這種感覺其實(shí)并不能感受到。我們實(shí)際上在書寫 Age = age 的時候，實(shí)際上是在對我們特有的一個對象（用 this 表示的）來賦值的。

地址的變動與否是 GC 控制的，那么 C# 這個編程語言自然比我們更懂處理過程，所以，C# 不允許我們手動修改 this 的指向。

但是，這一點(diǎn)對于值類型來說就沒有那么重要了。值類型可放在棧內(nèi)存里，這使得對象并不會受到 GC 的“干擾”。那么，這么賦值就沒問題了。

Part 4 盡量不要用可變結(jié)構(gòu)

可變結(jié)構(gòu)和不可變結(jié)構(gòu)到底有什么區(qū)別？而標(biāo)題這個說法，又是為什么？下面我們來對這個說法作一個介紹。

前面我們介紹了值類型的傳遞模式是值傳遞。如果是可變結(jié)構(gòu)的話，某些地方的賦值模式會使得編譯器對代碼分析上出現(xiàn)一些問題。

假如我創(chuàng)建了一個 Person 結(jié)構(gòu)構(gòu)成的數(shù)組。

假如這里有 first、second 和 third 三個變量，那么這個賦值過程就是成功的。不過，如果我這么寫代碼：

那么，請問 thirdOne 修改到 persons 里的 third 了嗎？這個問題就好比我有一個 int[]，然后我取出其中一個元素，然后修改掉元素的數(shù)值，問你是不是修改了原始的數(shù)據(jù)一樣。

實(shí)際上，并沒有。我們這里的等號兩側(cè)是 Person 類型，是一個值類型。按照值類型的執(zhí)行規(guī)則，我們是復(fù)制副本，因此 thirdOne 和 third 應(yīng)該是兩個完全獨(dú)立的個體，只是數(shù)值是一樣的。

另外，照著這個規(guī)則行事的話，我們?nèi)L試修改了 thirdOne 里的 Age 屬性，改成 30，也只是改掉了副本的數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)并沒有變動。

這就是為什么不要使用可變結(jié)構(gòu)?？勺兘Y(jié)構(gòu)在這個代碼體現(xiàn)上會有和我們自身理解沖突的不一樣的地方。C# 世界里有這么一句話：

Mutable structs are evil.

可變結(jié)構(gòu)都是惡魔。

因此，不要嘗試去定義可變值類型，雖然語法沒有阻止你這么定義。

Part 5 類型的默認(rèn)數(shù)值和 default 表達(dá)式

在之前 switch 語句里，我們用到了 default 的一種用法，是表達(dá)默認(rèn)情況?，F(xiàn)在我們介紹一下第二種用法：default(T)。其中的 T 指的是一個數(shù)據(jù)類型的名字。這表示獲取這個數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)值是多少。

在值類型里，我們使用 default(T) 表達(dá)式，得到的結(jié)果一定是和 new T() 一樣的結(jié)果；但是在引用類型里，default(T) 一定是 null。下面我們來說一下，這是什么意思。

假設(shè) Person 是值類型，那么這三個賦值語句里，第三個是錯誤的賦值：你無法把 null 當(dāng)成 Person 的數(shù)值賦值過去，因為它表示“對象沒有分配內(nèi)存空間”，但值類型是受到方法自動控制的，所以它一定是有內(nèi)存分配的，因此最后一個寫法是錯的。而前面兩個是對的。

實(shí)際上，Person 是值類型的話，這兩個寫法是等價的，這表示 b 的所有字段都是默認(rèn)數(shù)值（_name 是 null，_age 是 0，而 _isBoy 是 false）。

但是，如果 Person 是引用類型的話，第三種寫法就是正確的了。在引用類型里，default 表達(dá)式的默認(rèn)結(jié)果一定是 null，因此第一種和第三種等價。而第二種，如果 Person 類里擁有無參構(gòu)造器的話，那么就會自動執(zhí)行無參構(gòu)造器的行為；但如果沒有的話，就會產(chǎn)生編譯器錯誤?？傊?，值類型和引用類型在這里有不一樣的地方。

Part 6 裝箱和拆箱

要想知道裝箱和拆箱的規(guī)則，我們就得先了解一下值類型和引用類型的繼承關(guān)系。

引用類型是默認(rèn)從 object 類型派生的。如果你定義了繼承關(guān)系，那么這個基類型就得從 object 派生；如果這個基類型也有繼承關(guān)系，那么就繼續(xù)往上倒回去找基類型。總之只要有一個沒有自己寫繼承關(guān)系的地方，就從 object 派生。

但是值類型不同。值類型是不能自己定義繼承關(guān)系的。這一點(diǎn)對于值類型來說相當(dāng)不方便，但也是沒有辦法的事情。值類型本身體現(xiàn)的是一組可以直接復(fù)制副本的輕量級數(shù)據(jù)類型。都輕量級了，那么肯定就沒有辦法從基類型繼承下來一些東西，不然這個類型不就太大了。所以，值類型是無法自定義繼承關(guān)系的。但是，它默認(rèn)是從一個叫做 ValueType 的類派生下來的。換句話說，繼承關(guān)系是這樣的：

總的來說，我們不能對值類型自定義繼承關(guān)系，但可以對引用類型定義繼承關(guān)系。但值類型默認(rèn)從 ValueType 類型派生，而它自動從 object 類型派生；而引用類型可以隨便定義繼承關(guān)系，但最終都是從 object 類型派生下來的。

搞懂這一點(diǎn)之后，我們來說明一下裝箱（Box）和拆箱（Unbox）。

• 裝箱：值類型對象轉(zhuǎn)換和賦值給引用類型基類型的過程。

• 拆箱：引用類型對象轉(zhuǎn)換和賦值給值類型子類型的過程。

這么說不太明白的話，我們來舉個例子。首先我們知道 int 按照這個繼承關(guān)系的話，一定是從 object 派生的。那么我們可以這么定義一個多態(tài)的賦值關(guān)系：

這個賦值是沒有問題的。因為 10 是 int 類型的字面量，而 int 本身就是從 object 派生下來的，因此按照繼承關(guān)系和多態(tài)的規(guī)則，這么賦值是沒有問題的。

而這個時候，因為 10 是 int 類型（值類型），而 o 是 object 類型（引用類型）的關(guān)系，這么做會產(chǎn)生裝箱操作。所謂的裝箱，你可以理解成“打包”。你要把飯桌上的東西打包帶回去，總得有東西裝起來吧。這里的 o 變量好比是“家”這個容器（object 類型），而飯桌上的東西則當(dāng)成一個值類型。裝箱操作大概就是，用一個塑料袋把它們包裝起來，然后帶回去。

反過來，拆箱就是從家里帶酒水去外面的飯桌。顯然你帶出去還得拆開包裝盒吧，所以拆箱就是這么一個反方向的執(zhí)行行為。

拆箱的書寫代碼是這樣的：

即直接把類型轉(zhuǎn)回去。因為 o 是 object 類型的，而什么類型都可以往 object 賦值過去，所以要想拆箱，就必須加強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，來告訴編譯器“我這么做是對的”。

這就是裝箱和拆箱。概念其實(shí)很好理解，但很多時候，我們不一定能夠察覺。我們來舉個例子。

C# 里提供了一種數(shù)據(jù)類型叫做 ArrayList。這個數(shù)據(jù)類型你可以當(dāng)成一個順序表，它比數(shù)組好一點(diǎn)的地方在于，它可以增刪數(shù)據(jù)。用法是這樣的：

使用 Add 這個實(shí)例方法，就可以對前面的這個 al 對象追加元素進(jìn)去了?？蓡栴}在于，ArrayList 是為了通用才產(chǎn)生的，顯然我們不可能一定只放 int 數(shù)據(jù)進(jìn)去吧。所以，什么數(shù)據(jù)都可以放進(jìn)去的話，這個數(shù)組整體就必須找一個通用的數(shù)據(jù)類型才可以。

對了，object 類型剛好滿足需求。因此 ArrayList 在 Add 方法調(diào)用的時候，接收的參數(shù)類型是 object 類型的。那么，你傳入的這個 1、2、10，就會產(chǎn)生裝箱行為。

而如果要想取出這個 ArrayList 類型的數(shù)據(jù)元素的話，因為 ArrayList 本身是不知道里面的元素是什么類型的，因此你需要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換：

當(dāng)然，C# 甚至還允許我們這么寫：

下面這種和上面這種其實(shí)是等價的。雖然看起來并不等價（畢竟 foreach 后面跟的類型完全不一樣了），但實(shí)際上，foreach 循環(huán)最終會被翻譯成自動強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的過程，所以兩者是等價的。

而不管怎么說，這么書寫代碼總會類型轉(zhuǎn)換，所以會導(dǎo)致拆箱操作。

裝箱和拆箱和我們包裝食物和拆食物的包裝一樣，雖然這么做語法上和運(yùn)行上都沒有問題，但耗費(fèi)了不必要的性能，因此我們?yōu)榱损B(yǎng)成好習(xí)慣，要避免裝箱和拆箱行為。