Типы в языке c#

Типы ссылок и типы значений

В стандарте C# [2] в связи с типами используется выражение «унифицированная система типов». Смысл унификации состоит в том, что все типы происходят от класса object, т. е. являются производными от этого класса и наследуют его члены. О механизме наследования речь пойдет позднее, но в примерах программ мы будем применять для объектов и классов некоторые возможности, унаследованные ими от класса object.

Типы C# позволяют представлять, во-первых, те «скалярные» данные, которые используются в расчетах (целые и вещественные числа, логические значения) и в обработке текстов (символы, строки). Вторая группа типов соответствует специфическим для программирования на языках высокого уровня «агрегирующим» конструкциям: массивам, структурам, объектам (классов).

Такое деление типов на две названные группы унаследовано языком C# из предшествующих ему языков программирования.

Примечание. В C# имеются типы указателей и тип void. Тип void означает отсутствие значения. Указатели используются только в небезопасных участках кода программ и рассматриваться не будут.

Однако при разработке C# решили, что в системе типов целесообразно иметь еще одно разделение. Поэтому язык C# поддерживает два вида (две категории) типов: типы значений (value types) и типы ссылок (reference types).

Принципиальное различие этих двух видов типов заключается в том, что объект ссылочного типа может именоваться одновременно несколькими ссылками, что абсолютно недопустимо для объектов с типами значений.

Для переменных традиционных языков, например С, всегда соблюдается однозначное соответствие:

имя_переменной —> значение_переменной Точно такая же схема отношений справедлива в языке C# для объектов с типами значений:

Если рассматривать реализацию такого отношения в программе, то нужно вспомнить, что память компьютера организована в виде последовательности ячеек. Каждая ячейка имеет индивидуальный, обычно числовой, адрес (наименьшая из адресуемых ячеек — байт).

При выполнении программы каждому объекту выделяется блок (участок) памяти в виде одного или нескольких смежных байтов. Адрес первого из них считается адресом объекта. Код, находящийся в выделенном для объекта блоке памяти, представляет значение объекта.

Представить машинную реализацию объекта с типом значений можно так:

адрес_объекта => код_значения_объекта Переменные, имеющие типы значений, непосредственно представляют в программе конкретные данные.

Переменные, имеющие типы ссылок, представляют в программе конкретные данные косвенно, хотя косвенность этого представления не показана явно в тексте программы. Доступ к данным по имени переменной с типом ссылки иллюстрирует триада:

Машинную реализацию такой триады можно изобразить так:

В коде программы на C# доступ к данным с помощью ссылки в ряде случаев можно воспринимать в соответствии со схемой доступа к данным с помощью традиционной переменной (имеющей тип значений):

Но при использовании такой схемы появляется новое и принципиальное отличие — доступность одних и тех же данных (одного участка памяти) с помощью нескольких ссылок:

Основное и принципиальное для программиста-пользователя отличие типов значений от типов ссылок состоит в следующем. Каждой переменной, которая имеет тип значений, принадлежит её собственная копия данных, и поэтому операции с одной переменной не влияют на значения других переменных.

Несколько переменных с типом ссылок могут быть одновременно соотнесены с одним и тем же объектом. Поэтому операции, выполняемые с одной из этих переменных, могут изменять объект, на который в этот момент ссылаются другие переменные (с типом ссылок).

Различия между типами значений и типами ссылок иллюстрирует еще одна особенность. Объект ссылочного типа никогда не имеет своего собственного имени. В разные моменты выполнения программы для обращения к нему могут использоваться разные переменные ссылочного типа.

Если обратить внимание на принципы организации памяти компьютера, то следует отметить, что на логическом уровне она разделена на две части: стек и управляемую кучу (manager heap).

Объекты с типами значений всегда при реализации получают память в стеке. При присваиваниях их значения копируются. Объекты ссылочных типов размещаются в управляемой куче.

Как и объекты, переменные могут быть ссылочных типов (ссылки) и типов значений.

Учитывая этот факт, можно сказать, что типы значений — это те типы, переменные которых непосредственно хранят свои данные, тогда как ссылочные типы — это те типы, переменные которых хранят ссылки, по которым данные могут быть доступны.

Примеры и особенности переменных обоих видов рассмотрим чуть позже, ознакомившись с разнообразием типов языка С#.