C#中的原始类型容器采用值语义还是指针/引用语义？

Question

当在C#中创建一个原始类型的List<>(例如，List<int>)时，列表内部的元素是按值存储，还是按引用存储？

换句话说，C#的List<int>是否等同于C++的std::vector<int>或C++的std::vector<shared_ptr<int>>?

- user1149224

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@fontanini：我该如何“尝试自己”？ - user1149224

要确定是否/在哪里进行了复制，您需要具有可变值类型，如果您不已经完全了解其工作方式，则测试将非常困难，因此，不，自己尝试并不容易。 - Servy

创建一个整数列表。创建一个整数。将其插入列表中。修改原始整数。打印存储在列表中的整数值。如果它们相等，则通过引用传递，否则通过值传递。 - mfontanini

虽然您提到了C++并提供了C++的伪代码，但这不是一个C++问题 - 所以我已经移除了该标签。 - John Dibling

Answer 1

List<int> 内部会拥有一个 int[]。通常不需要装箱-值会直接存储在数组中。当然，如果您选择将 List<T> 用作非泛型 IList，其中 API 是基于 object 定义的，那么就会进行装箱操作：

List<int> list1 = new List<int>();

// No boxing or unboxing here
list1.Add(5);
int x = list1[0];

// Perfectly valid - but best avoided
IList list2 = new List<int>();

// Boxed by the caller, then unboxed internally in the implementation
list2.Add(5);

// Boxed in the implementation, then unboxed by the caller
int y = (int) list2[0];

请注意，“按引用存储”这一术语很容易引起混淆 - “按引用”一词通常在参数传递的上下文中使用，其含义有所不同。

例如，List<string> 包含一个数组，其中每个元素值都是引用，而在 List<int> 中，每个元素值只是一个 int。唯一涉及到的引用是调用者对 List<int> 的引用和对数组的内部引用。（即使元素类型是值类型，数组类型本身也始终是引用类型。）

- Jon Skeet

Answer 2

值类型按值存储（例如原始类型和结构体），引用类型按引用存储（例如类）。

- recursive

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在我看来，“按引用传递”这个短语在这里并不太有用。它太像“通过引用传递”，但两者有些不同。对于引用类型，元素值仅仅是引用。 - Jon Skeet

所有的列表都存储值。对于类，该值恰好是一个引用，但它仍然按值存储。（就像所有参数都是按值传递一样，除非明确使用 out/ref。） - Servy

我不确定为什么在C#中选择了“引用(reference)”这个术语而不是指针(pointer)，因为引用类型就是指针，按引用传递的意思也是如此（而将引用类型按引用传递则是指向指针的指针，或双重间接）。当你只考虑指针时，谈论引用类型和引用通常更容易。 - David Anderson

我知道C#有指针并且它们与引用(reference)不同，但是引用在内部使用指针进行实现，具有指针语义，并且在你以指针语义思考引用时更容易理解。那只是我在这里说的全部，但我可以说我没有学习引用的实际实现细节。Eric指出指针的目的是将变量本身作为数据来操作，而不是将变量的值作为数据来操作，这一点我还没有完全理解。 - David Anderson

@DavidAnderson：引用可能会被实现为指针。但它们不一定是。它们只是导航到对象的方式。例如，参见http://blog.juma.me.uk/2008/10/14/32-bit-or-64-bit-jvm-how-about-a-hybrid/ - 不幸的是链接无法使用，但它是关于JVM模式的，其中引用被“压缩”以允许许多引用作为32位值存储，即使在64位地址空间中也是如此。 - Jon Skeet

Answer 3

如果你写了这样的代码，会发生什么呢：

struct MutableValueType
{
  public int ChangableInt32;
}

static class Program
{
  static void Main()
  {
     var li = new List<MutableValueType>();
     li.Add(new MutableValueType());
     li[0].ChangableInt32 = 42;
  }
}

你会修改结构体的副本，还是会改变在 List<> 内部的副本？编译器会警告你吗？我想尝试一下。

- Jeppe Stig Nielsen