深刻理解C#的传值调用和传引用调用

传值调用和传引用调用是几乎所有主流语言都会涉及到的问题，下面我谈谈我对C#中传值调用和传引用调用的理解。

1. 一般对C#中传值调用和传引用调用的理解

• 如果传递的参数是基元类型（int，float等）或结构体（struct），那么就是传值调用。
• 如果传递的参数是类（class）那么就是传引用调用。
• 如果传递的参数前有ref或者out关键字，那么就是传引用调用。

验证示例的代码如下：

using System;

public class ArgsByRefOrValue
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 实验1. 传值调用--基元类型
        int i = 10;
        Console.WriteLine("before call ChangeByInt: i = " + i.ToString());
        ChangeByInt(i);
        Console.WriteLine("after call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验2. 传值调用--结构体
        Person_val p_val = new Person_val();
        p_val.name = "old val name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);
        ChangeByStruct(p_val);
        Console.WriteLine("after call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验3. 传引用调用--类
        Person_ref p_ref = new Person_ref();
        p_ref.name = "old ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);
        ChangeByClass(p_ref);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验4. 传引用调用--利用ref
        Person_ref p = new Person_ref();
        p.name = "old ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);
        ChangeByClassRef(ref p);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

        Console.ReadKey(true);
    }

    static void ChangeByInt(int i)
    {
        i = i + 10;
        Console.WriteLine("when calling ChangeByInt: i = " + i.ToString());
    }

    static void ChangeByStruct(Person_val p_val)
    {
        p_val.name = "new val name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);
    }

    static void ChangeByClass(Person_ref p_ref)
    {
        p_ref.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);
    }

    static void ChangeByClassRef(ref Person_ref p)
    {
        p.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);
    }
}

public struct Person_val
{
    public string name;
}

public class Person_ref
{
    public string name;
} 

运行结果如下：

看起来似乎上面代码中实验3和实验4是一样的，即对于类（class）来说，不管加不加ref或out，都是传引用调用。

其实，这只是表面的现象，只要稍微改一下代码，结果就不一样了。

修改上面代码，再增加两个实验。

using System;

public class ArgsByRefOrValue
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 实验1. 传值调用--基元类型
        int i = 10;
        Console.WriteLine("before call ChangeByInt: i = " + i.ToString());
        ChangeByInt(i);
        Console.WriteLine("after call ChangeByInt: i = " + i.ToString());

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验2. 传值调用--结构体
        Person_val p_val = new Person_val();
        p_val.name = "old val name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);
        ChangeByStruct(p_val);
        Console.WriteLine("after call ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验3. 传引用调用--类
        Person_ref p_ref = new Person_ref();
        p_ref.name = "old ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);
        ChangeByClass(p_ref);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验4. 传引用调用--利用ref
        Person_ref p = new Person_ref();
        p.name = "old ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);
        ChangeByClassRef(ref p);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验5. 传引用调用--类 在调用的函数重新new一个对象
        Person_ref p_ref_new = new Person_ref();
        p_ref_new.name = "old new ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);
        ChangeByClassNew(p_ref_new);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);

        Console.WriteLine("==============================================");
        // 实验6. 传引用调用--利用ref 在调用的函数重新new一个对象
        Person_ref p_new = new Person_ref();
        p_new.name = "old new ref name";
        Console.WriteLine("before call ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);
        ChangeByClassRefNew(ref p_new);
        Console.WriteLine("after call ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);

        Console.ReadKey(true);
    }

    static void ChangeByInt(int i)
    {
        i = i + 10;
        Console.WriteLine("when calling ChangeByInt: i = " + i.ToString());
    }

    static void ChangeByStruct(Person_val p_val)
    {
        p_val.name = "new val name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByStruct: p_val.name = " + p_val.name);
    }

    static void ChangeByClass(Person_ref p_ref)
    {
        p_ref.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClass: p_ref.name = " + p_ref.name);
    }

    static void ChangeByClassRef(ref Person_ref p)
    {
        p.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRef: p.name = " + p.name);
    }

    static void ChangeByClassNew(Person_ref p_ref_new)
    {
        p_ref_new = new Person_ref();
        p_ref_new.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClassNew: p_ref_new.name = " + p_ref_new.name);
    }

    static void ChangeByClassRefNew(ref Person_ref p_new)
    {
        p_new = new Person_ref();
        p_new.name = "new ref name";
        Console.WriteLine("when calling ChangeByClassRefNew: p_new.name = " + p_new.name);
    }
}

public struct Person_val
{
    public string name;
}

public class Person_ref
{
    public string name;
}

则运行结果为：

实验5的运行结果似乎说明即使参数是类（class），只要不加ref，也是传值调用。

下面就引出了我的理解。

2. 没有ref时，即使参数为引用类型（class）时，也可算是一种传值调用

参数为引用类型时，传递的是该引用类型的地址的一份拷贝，“该引用类型的地址的一份拷贝”即为传值调用的“值”。

注意这里说传递的是该引用类型的地址的一份拷贝，而不是引用类型的地址。

下面将用图的形式来说明以上实验3，实验5和实验6中内存的情况。

2.1 首先是实验3

实验3的内存图如下，实参是函数ChangeByClass外的Person_ref对象，形参是函数ChangeByClass内的Person_ref对象。

 

从图中我们可以看出实参new出来之后就在托管堆上分配了内存，并且在栈上保存了对象的指针。

调用函数ChangeByClass后，由于没有ref参数，所以将栈上的实参p_val拷贝了一份作为形参，注意这里p_val(实参)和p_val(形参)是指向托管堆上的同一地址。

所以说没有ref时，即使参数为引用类型（class）时，也可算是一种传值调用，这里的值就是托管堆中对象的地址（0x1000）。

调用函数ChangeByClass后，通过p_val(形参)修改了name属性的值，由于p_val(实参)和p_val(形参)是指向托管堆上的同一地址，所以函数外的p_val(实参)的name属性也被修改了。

2.2 然后是实验5

上面的实验3从执行结果来看似乎是传引用调用，因为形参的改变导致了实参的改变。

下面的实验5就可以看出，p_val(形参)和p_val(实参)并不是同一个变量，而是p_val(实参)的一个拷贝。

从图中可以看出第一步还是和实验3一样，但是在调用函数ChangeByClassNew后，就不一样了。

函数ChangeByClassNew中，对p_val(形参)重新分配了内存（new操作），使其指向了新的地址(0x1100)，如下图：

所以p_val(形参)的name属性改了时候，p_val(实参)的name属性还是没变。

2.3 最后是实验6

我觉得实验6是真正的传引用调用。不废话了，直接上第一个图。

参数中加了ref关键字之后，其实传递的不是托管堆中对象的地址(0x1000)，而是栈上p_val(实参)的地址(0x0001)。

所以这里实参和形参都是栈上的同一个东西，没有什么区别了。我觉得这才是真正的传引用调用。

然后调用了函数ChangeByClassRefNew，函数中对p_val(形参)重新分配了内存（new操作），使其指向了新的地址(0x1100)。

由于p_val(形参)就是p_val(实参)，所以p_val(形参)的name属性改变后，函数ChangeByClassRefNew外的p_val(实参)的name属性也被改变了。

而原先分配的对象（地址0x1000）其实已经没有被引用了，随时会被GC回收。

3. 结论