[C#]Effective C# 條款六: 明辨值類型與參考類型的使用場合


在C++中,所有類型都被定義為值類型,但可以自行選擇建立他們的參考形式;在JAVA中,所有自定義的類別都為參考類型。而在C#中,我們必須在設計類型的時候決定類型的型態。且必須清楚了解這個決定的後果,因為後期的更改會導致許多程式碼在不經意間出現錯誤。



值類型與參考類型的抉擇,應依照類型的責任與期望的使用方式,去選擇適合的類型。值類型不支援多型,適合儲存供應用程式操作的數據、與較小的輕量級類別。參考類型支援多型,適用於定義應用程式的行為、與建構整個類層級。



讓我們先來看段程式:



private MyData _myData;
public MyData GetData()
{
return _myData;
}

MyData data= GetData();





這邊如果MyData是值類型,返回值將複製一份到data所在的空間。但是,如果MyData是參考類型,則會把內部變數的參考曝露給外界,造成外界的變動連帶影響類別內部的變數。這樣的程式具備著一定的風險,也違反了類別封裝的原則。但如果把上面代碼做點調整:



private MyData _myData;
public MyData GetData()
{
return _myData.Clone() as MyData;
}

MyData data= GetData();





此時返回值將會是物件副本。雖然這麼寫可避免直接把類別的內部變數曝露給外界,但卻會產生額外不必要的負擔(複製物件與型別檢查的成本)。同樣的我們也可以改用介面來當返回值傳遞:



private MyData _myData;
public IMyInterface GetData()
{
return _myData as IMyInterface
}

IMyInterface data= GetData();






使用介面,可以避免直接返回內部變數,透過介面所預先定義的契約來存取控制,達到類似的效果。



接著我們來釐清一下不同類型在記憶體中的儲存狀態。先來看一下程式碼片段:



public class C
{
private MyType _a = new MyType();
private MyType _b = new MyType();
}

C var = new C();



如果MyType為值類型,則建置一個物件C需要一次的記憶體配置,其大小為MyType類別的兩倍大。如果是參考類型,則需要三次的記憶體配置:一次用於物件C,大小為8Byte (假設為32位元);兩次用於物件C中所包含的MyType(_a與_b)。



再看一段程式碼來加深概念:



MyType[] var = new MyType[100];




如果MyType為值類型,則只需一次的記憶體配置,其大小為MyType類別的100倍大。如果為參考類型,其陣列變數宣告就需要一次記憶體配置(此時陣列成員的值仍為null)。若要初始化每個陣列元素,總共需做101次記憶體配置(陣列變數1次+陣列元素100次)。因此值類型在效能上會優於參考類型,相較於參考類型來說,也較少的零碎記憶體空間。



類型的抉擇是ㄧ項很重要的決定,必須在一開始就決定好。若是一開始沒有確認清楚,後續變換類型將會造成很大的影響。像是假設今天我們做一個薪資管理的程式,使用值類型來做:



public struct Employee
{
private string _name;
private int _ID;
private decimal _salary;

public void Pay(BankAccount b)
{
    b.Balance -= _salary;
}

}




而後來由於需求變更,我們希望系統能提供不同種類的員工,因此把它改為參考類型:



public class Employee
{
private string _name;
private int _ID;
private decimal _salary;

public void Pay(BankAccount b)
{
    b.Balance -= _salary;
}

}





這樣一改,本來系統的程式可能就會出錯。像下面這段程式碼,就會從一次性獎金發放,變為永久性的調薪。



Employee e = Employees.Find(“CEO”);
e.Salary += Bonus;
e.Pay(CEOBankAccount);





總體來說,值類型在記憶體的管理上具有較好的效率:較少的零碎空間,較少的記憶體垃圾,以及較少的間接存取。更重要的是,值類型傳遞的是物件副本,可避免內部成員的參考曝露給外界的風險。而其缺點在於只具有有限的物件導向特性,少了繼承的特性。



作者在這邊也提出了值類型的判斷依據,供大家參考。如果以下問題都是Yes,則應該使用值類型。



  1. 該類型的主要職責是否用於儲存數據?


  2. 該類型的公用接口是否完全由一些數據成員存取屬性定義?


  3. 是否確信該類型永遠不會有子類別?


  4. 是否確信該類型永遠不可能具有多型?