C# 类型基础
引言
本文之初的目的是讲述设计模式中的 Prototype(原型)模式，但是如果想较清楚地弄明白这个模式，需要了解对象克隆(Object Clone)，Clone其实也就是对象复制。复制又分为了浅度复制(Shallow Copy)和深度复制(Deep Copy)，浅度复制 和 深度复制又是以 如何复制引用类型成员来划分的。由此又引出了 引用类型和 值类型，以及相关的对象判等、装箱、拆箱等基础知识。
于是我干脆新起一篇，从最基础的类型开始自底向上写起了。我仅仅想将对于这个主题的理解表述出来，一是总结和复习，二是交流经验，或许有地方我理解的有偏差，希望指正。如果前面基础的内容对你来说过于简单，可以跳跃阅读。
值类型和引用类型
我们先简单回顾一下C#中的类型系统。C# 中的类型一共分为两类，一类是值类型(Value Type)，一类是引用类型(Reference Type)。值类型 和 引用类型是以它们在计算机内存中是如何被分配的来划分的。值类型包括 结构和枚举，引用类型包括类、接口、委托 等。还有一种特殊的值类型，称为简单类型(Simple Type)，比如 byte，int等，这些简单类型实际上是FCL类库类型的别名，比如声明一个int类型，实际上是声明一个System.Int32结构类型。因此，在Int32类型中定义的操作，都可以应用在int类型上，比如 “123.Equals(2)”。
所有的 值类型 都隐式地继承自 System.ValueType类型(注意System.ValueType本身是一个类类型)，System.ValueType和所有的引用类型都继承自 System.Object基类。你不能显示地让结构继承一个类，因为C#不支持多重继承，而结构已经隐式继承自ValueType。
NOTE：堆栈(stack)是一种后进先出的数据结构，在内存中，变量会被分配在堆栈上来进行操作。堆(heap)是用于为类型实例(对象)分配空间的内存区域，在堆上创建一个对象，会将对象的地址传给堆栈上的变量(反过来叫变量指向此对象，或者变量引用此对象)。
1.值类型
当声明一个值类型的变量(Variable)的时候，变量本身包含了值类型的全部字段，该变量会被分配在线程堆栈(Thread Stack)上。
假如我们有这样一个值类型，它代表了直线上的一点：
public struct ValPoint {
public int x;
public ValPoint(int x) {
this.x = x;
}
}
当我们在程序中写下这样的一条变量的声明语句时：
ValPoint vPoint1;
实际产生的效果是声明了vPoint1变量，变量本身包含了值类型的所有字段(即你想要的所有数据)。
NOTE：如果观察MSIL代码，会发现此时变量还没有被压到栈上，因为.maxstack(最高栈数) 为0。并且没有看到入栈的指令，这说明只有对变量进行操作，才会进行入栈。
因为变量已经包含了值类型的所有字段，所以，此时你已经可以对它进行操作了(对变量进行操作，实际上是一系列的入栈、出栈操作)。
vPoint1.x = 10;
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出 10
NOTE：如果vPoint1是一个引用类型(比如class)，在运行时会抛出NullReferenceException异常。因为vPoint是一个值类型，不存在引用，所以永远也不会抛出NullReferenceException。
如果你不对vPoint.x进行赋值，直接写Console.WriteLine(vPoint.x)，则会出现编译错误：使用了未赋值的局部变量。产生这个错误是因为.Net的一个约束：所有的元素使用前都必须初始化。比如这样的语句也会引发这个错误：
int i;
Console.WriteLine(i);
解决这个问题我们可以通过这样一种方式：编译器隐式地会为结构类型创建了无参数构造函数。在这个构造函数中会对结构成员进行初始化，所有的值类型成员被赋予0或相当于0的值(针对Char类型)，所有的引用类型被赋予null值。(因此，Struct类型不可以自行声明无参数的构造函数)。所以，我们可以通过隐式声明的构造函数去创建一个ValPoint类型变量：
ValPoint vPoint1 = new ValPoint();
Console.WriteLine(vPoint.x); // 输出为0
我们将上面代码第一句的表达式由“=”分隔拆成两部分来看：
- 左边 ValPoint vPoint1，在堆栈上创建一个ValPoint类型的变量vPoint，结构的所有成员均未赋值。在进行new ValPoint()之前，将vPoint压到栈上。
- 右边new ValPoint()，new 操作符不会分配内存，它仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数，根据构造函数去初始化vPoint结构的所有字段。
注意上面这句，new 操作符不会分配内存，仅仅调用ValPoint结构的默认构造函数去初始化vPoint的所有字段。那如果我这样做，又如何解释呢？
Console.WriteLine((new ValPoint()).x); // 正常，输出为0
在这种情况下，会创建一个临时变量，然后使用结构的默认构造函数对此临时变量进行初始化。我知道我这样很没有说服力，所以我们来看下MS IL代码，为了节省篇幅，我只节选了部分：
.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint CS$0$0000) // 声明临时变量
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s CS$0$0000 // 将临时变量压栈
IL_0003: initobj Prototype.ValPoint // 初始化此变量
而对于 ValPoint vPoint = new ValPoint(); 这种情况，其 MSIL代码是：
.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint vPoint) // 声明vPoint
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s vPoint // 将vPoint压栈
IL_0003: initobj Prototype.ValPoint // 使用initobj初始化此变量
那么当我们使用自定义的构造函数时，ValPoint vPoint = new ValPoint(10)，又会怎么样呢？通过下面的代码我们可以看出，实际上会使用call指令(instruction)调用我们自定义的构造函数，并传递10到参数列表中。
.locals init ([0] valuetype Prototype.ValPoint vPoint)
IL_0000: nop
IL_0001: ldloca.s vPoint // 将 vPoint 压栈
IL_0003: ldc.i4.s 10 // 将 10 压栈
// 调用构造函数，传递参数
IL_0005: call instance void Prototype.ValPoint::.ctor(int32)
对于上面的MSIL代码不清楚不要紧，有的时候知道结果就已经够用了。关于MSIL代码，有空了我会为大家翻译一些好的文章。
2.引用类型
当声明一个引用类型变量的时候，该引用类型的变量会被分配到堆栈上，这个变量将用于保存位于堆上的该引用类型的实例的内存地址，变量本身不包含对象的数据。此时，如果仅仅声明这样一个变量，由于在堆上还没有创建类型的实例，因此，变量值为null，意思是不指向任何类型实例(堆上的对象)。对于变量的类型声明，用于限制此变量可以保存的类型。
如果我们有一个这样的类，它依然代表直线上的一点：
public class RefPoint {
public int x;
public RefPoint(int x) {
this.x = x;
}
public RefPoint() {}
}
当我们仅仅写下一条声明语句：
RefPoint rPoint1;
它的效果就向下图一样，仅仅在堆栈上创建一个不包含任何数据，也不指向任何对象(不包含创建再堆上的对象的地址)的变量。
而当我们使用new操作符时：
rPoint1= new RefPoint(1);
会发生这样的事：
- 在应用程序堆(Heap)上创建一个引用类型(Type)的实例(Instance)或者叫对象(Object)，并为它分配内存地址。
- 自动传递该实例的引用给构造函数。(正因为如此，你才可以在构造函数中使用this来访问这个实例。)
- 调用该类型的构造函数。
- 返回该实例的引用(内存地址)，赋值给rPoint变量。
3.关于简单类型
很多文章和书籍中在讲述这类问题的时候，总是喜欢用一个int类型作为值类型 和一个Object类型 作为引用类型来作说明。本文中将采用自定义的一个 结构 和 类 分别作值类型和引用类型的说明。这是因为简单类型(比如int)有一些CLR实现了的行为，这些行为会让我们对一些操作产生误解。
举个例子，如果我们想比较两个int类型是否相等，我们会通常这样：
int i = 3;
int j = 3;
if(i==j) Console.WriteLine("i equals to j");
但是，对于自定义的值类型，比如结构，就不能用 “==”来判断它们是否相等，而需要在变量上使用Equals()方法来完成。
再举个例子，大家知道string是一个引用类型，而我们比较它们是否相等，通常会这样做：
string a = "123456"; string b = "123456";
if(a == b) Console.WriteLine("a Equals to b");
实际上，在后面我们就会看到，当使用“==”对引用类型变量进行比较的时候，比较的是它们是否指向的堆上同一个对象。而上面a、b指向的显然是不同的对象，只是对象包含的值相同，所以可见，对于string类型，CLR对它们的比较实际上比较的是值，而不是引用。
为了避免上面这些引起的混淆，在对象判等部分将采用自定义的结构和类来分别说明。