C# ref, in, out关键字

技术分享 2年前 (2023-10-22) 0 999+

写在前面：大内老A的这篇“老生常谈：值类型VS引用类型”放在微信收藏里好几个月了，终于趁着要讲JAVA传参机制的时候仔细地按照这篇博客，自己写代码跑一下，对C#的传参，ref,in,out关键字有了一个更好的理解。因此本文仅记录自己的学习心得。

1.值传递&引用传递

2.ref关键字

3.in关键字

4.out关键字

1.值传递&引用传递

C#中数据类型有两种：

值类型，int, struct等，如下方的GraphStruct。
引用类型，所有的class都是引用类型，如下方的Graph。

public class Graph     {         public int area { get; set; }         public int perimeter { get; set; }          public Graph(int area,int perimeter)         {             this.area = area;               this.perimeter = perimeter;         }     }      public struct GraphStruct     {         public int area { get; set; }         public int perimeter { get; set; }         public GraphStruct(int area, int perimeter)         {             this.area=area;             this.perimeter=perimeter;         }     }

Graph&GraphStruct

变量分配在栈中，因此变量会有一个内存地址。下方代码Utility.AsPointer<T>()方法用于获取指向该地址的指针。（如果不知道ref关键字的作用，这里就先把它理解为取地址）

var struct1 = new GraphStruct(4, 3); var struct2 = new GraphStruct(5, 6); var graph1 = new Graph(4, 3); var graph2 = new Graph(5, 6);  Console.WriteLine("struct1:{0}", Utility.AsPointer(ref struct1)); Console.WriteLine("struct2:{0}",Utility.AsPointer(ref struct2)); Console.WriteLine("class1:{0}", Utility.AsPointer(ref graph1)); Console.WriteLine("class2:{0}", Utility.AsPointer(ref graph2)); 

internal static class Utility {     public static unsafe nint AsPointer<T>(ref T value)     {         return (nint)Unsafe.AsPointer(ref value);     } }

上方代码的输出如下：

可以发现，地址以8字节的差值递减，即栈向下生长。下方代码用来获取变量内存上的内容，即变量的值。

var struct1 = new GraphStruct(4, 3); var struct2 = struct1; var graph1 = new Graph(4, 3); var graph2 = graph1;  // 输出变量内容 Console.WriteLine("struct1:{0}",BitConverter.ToString(Utility.Read(ref struct1))); Console.WriteLine("struct2:{0}", BitConverter.ToString(Utility.Read(ref struct2))); Console.WriteLine("class1:{0}", BitConverter.ToString(Utility.Read(ref graph1))); Console.WriteLine("class2:{0}", BitConverter.ToString(Utility.Read(ref graph2)));  internal static class Utility {     public static unsafe nint AsPointer<T>(ref T value)     {         return (nint)Unsafe.AsPointer(ref value);     }      public static unsafe byte[] Read<T>(ref T value)     {         byte[] bytes = new byte[Unsafe.SizeOf<T>()];         Marshal.Copy(AsPointer(ref value), bytes, 0, bytes.Length);         return bytes;     } }

代码输出如下：

值类型变量内存中存的就是struct1的值04-00-00-00和03-00-00-00，两个int，刚好占了8字节。引用类型变量内存中存的是对象class1在堆内存中的地址。所以在给struct2和class2赋值的时候，其实就是把变量struct1和class1内存上的值赋了过去。传参时也是一样，虽然通常会说分为值传递和引用传递，但本质上传的都是变量内存中存的值。

下面再输出实参和形参的地址看下。

var struct1 = new GraphStruct(4, 3); var graph1 = new Graph(4, 3);  // 输出实参和形参的地址 Console.WriteLine("struct1_address:{0}", Utility.AsPointer(ref struct1)); Console.WriteLine("class1_address:{0}", Utility.AsPointer(ref graph1)); Invoke(struct1, graph1);  static void Invoke(GraphStruct s, Graph c) {     Console.WriteLine("s_args:{0}",Utility.AsPointer(ref s));     Console.WriteLine("c_args:{0}", Utility.AsPointer(ref c)); }

输出结果为：

可见在调用方法时，也会给形参变量分配栈内存。

2.ref关键字

先用结构体来看下用了ref之后，实参和形参的地址。

var struct1 = new GraphStruct(4, 3);  Console.WriteLine("struct1_address:{0}", Utility.AsPointer(ref struct1)); // 输出实参地址 modifyStruct(ref struct1);  static void modifyStruct(ref GraphStruct s) {     Console.WriteLine("args_address:{0}", Utility.AsPointer(ref s));  // 输出形参地址 }

输出结果为：

可见实参和形参在内存中的地址是相同的！那么与其说ref关键字用于传递变量自身的地址，不如把它理解为啥也没传。比如用下面的类的例子来说明下。

var graph = new Graph(5, 4); Console.WriteLine("Original area={0}, perimeter={1}", graph.area, graph.perimeter); modifyGraph(graph); Console.WriteLine("After modified, area={0}, perimeter={1}",graph.area,graph.perimeter);  static void modifyGraph(Graph arg_graph) {     arg_graph = new Graph(6, 7); }

当没有用ref关键字时，传参使得实参graph和形参arg_graph指向了同一个Graph对象，如下图所示。

在方法modifyGraph()中更改了形参的引用，即现在形参变量内存上存的是另外一个Graph对象在堆内存的地址。

在调用modifyGraph()方法前后，变量graph都指向同一个Graph对象，因此输出结果为：

下方代码在传参时，使用了ref关键字。

var graph = new Graph(5, 4); Console.WriteLine("Original area={0}, perimeter={1}", graph.area, graph.perimeter); modifyByReference(ref graph); Console.WriteLine("After modified, area={0}, perimeter={1}",graph.area,graph.perimeter);  static void modifyByReference(ref Graph arg_graph) {     arg_graph = new Graph(8, 9); }

因为啥也没传，所以变量graph就是变量arg_graph，如下图所示。引用官方文档的话就是"The ref keyword makes the formal parameter an alias for the argument."

此时在modifyByReference()方法中，令变量arg_graph指向另一个新的Graph对象，这意味着变量graph也指向了该对象。

因此上方代码输出结果为：

3.in关键字

in关键字与与ref关键字一样，都是传递变量的地址，不同的是在方法内不能改变该变量的内容。通过上面对ref的分析，可以把in关键字的作用简化为：不允许在方法内改变实参变量的值。那么对于值类型而言就意味着形参对于方法而言是一个只读变量；对于引用类型而言，可以改变对象的属性，但是不能引用其他对象。

static void modityStruct(in GraphStruct s) {     // 下面两行代码都是错的,变量s此时是只读的     s.perimeter = 5;     s = new GraphStruct(6, 7); }

static void modifyGraph(in Graph g) {     g.perimeter = 7;  // 可以修改属性，因为这个操作并不改变变量g所在内存中的值，即Graph对象的地址     g = new Graph(7, 8);  // 不可以指向其他的Graph对象 }

4.out关键字

根据官方文档原文"The out keyword is like the ref keyword, except that ref requires that the variable be initialized before it is passed."。可见，ref关键字要求变量初始化，但out关键字没有这个要求。因此下面ref的错误，换成out就可以了。