从C#开始的编程入门——值类型与按引用传递

上一篇：结构与基本类型

我们来思考一个经典编程问题。

要求编写一个方法，接受两个int类型的变量，交换两个变量的值。

也就是说如果a为1，b为2。执行方法后a为2，b为1。

经典错解

根据直觉，我们很自然地会写出这样的代码。交换嘛，把值给对方就是了。

void Swap(int a, int b)
{
    var temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

这个思路完全没有问题。但是如果你检查结果。

会发现a和b的值并没有改变。这是为什么呢？

先说结论。C#中，值类型作为参数传递给方法时默认按值传递。

值类型

C#中的所有结构都是值类型（Value Type）。从名字中我们可以略知一二。对于值类型我们大部分时候关心的是它的值。

比如基本类型中的各种数值类型，我们尝试用一个int类型变量给另一个赋值时会发生值本身的复制。

int a = 1;
int b = a;
b = 3;
System.Console.WriteLine($”a:{a} b:{b}”); // a:1 b:3

完成赋值后，两个变量的值不会相互影响。这实际上已经解释了Swap的错解为什么错了。 那么调用方法传递参数的时候又会发生什么呢？

按值传递

传递参数的过程中，实际上就相当于把实参复制给方法中的形参，这就是所谓的按值传递（pass by value）。也就是说，以刚才写的Swap方法为例，对于两个参数，我们可以这样理解：

int a = arg1;
int b = arg2;

那么，回忆上面讲的，既然发生了类似于这样的值复制，那么自然，即便交换了值，也影响不到方法外面的变量。

那么，如何绕过这样的机制以达成我们的目的呢？

按引用传递

尽管默认为按值传递，但是我们可以按引用传递（pass by reference）一个变量。

按值传递，我们相当于复制了变量的值；按引用传递，我们就好比直接把变量搬进了方法，而形参只是给它取了一个别名，形参会直接代表外面的实参。

如果需要按引用传递值类型变量，需要在参数类型前加上ref关键字，即reference。

我们直接在错解上面修改即可。你看，代码逻辑完全不变。

void Swap(ref int a, ref int b)
{
    var temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

对于按引用传递的参数，在调用时也需要加上ref关键字。

int a = 1;
int b = 2;
Swap(ref a, ref b);

检查结果，和期望的一样。

事实上，在C中，解决这样的问题的方法是使用指针。而C++中除了指针还可以使用引用。这两种方法一定程度上都是间接操作一个变量的方法。C#的变量在使用时没有直接的指针和引用的概念，但是实际上这种按引用传递的方法在思路上是类似的。在定义中，可以把ref当成*或者&看。调用时的ref也就相当于&。

in和out

除了ref之外，C#还提供了in和out关键字。使用这两个关键字修饰的参数也是按引用传递。

in

in关键字表示“我只是单纯用一下”。in传入的参数可以被方法使用，但是不允许方法修改它的值。传入的参数必须被初始化。道理很显然，如果允许传入一个未被初始化的变量，我又不能给它赋值，那有个什么用。

void Print(in int n)
{
    System.Console.WriteLine(n);
}

实际上这就相当于C++中的const int &参数。

out

out和in相反，它表示“你给我一个变量，我会产出它的值”。 可能你已经想到了，out传入的变量就不用初始化了，因为在方法中，我们会负责为它赋值。

void GetItDone(out string s)
{
    s = “Done”;
}

对于out参数，如果没在方法返回前为其赋值，会在编译时发生异常。 out参数仍然是按引用传递的。因为我们的目的是在方法内直接为一个外部传来的变量赋值，并且希望在方法结束后仍然维持这个变量被赋值的状态。

这一篇我们介绍了结构的值类型特性以及按引用传递。下一篇我们介绍一种天生通过引用传递的类型：类。这也是C#中面向对象特性最强大的类型。