C#中ref和out的原理

去年在CSDN上写的，现在把它搬过来。

一、引发问题

用了那么久的 ref 和 out ,你真的了解它们是如何使得实参与形参的值保持同步的吗？

二、研究前提

要研究这个问题，前提是要了解 C# 中方法间参数是如何传递的：

1.CLR支持两种类型：值类型和引用类型。

     a. 值类型：值一般保存在线程栈上，作为类对象的字段时保存在堆上。

     b. 引用类型：对象实例保存在堆上，引用保存在线程栈上，值类型可以通过装箱变为引用类型。

//表示引用类型
class Ref
{
    private int _x;
    public int X
    {
        get => _x;
        set
        {
            _x = value;
        }
     }
}

static void TestValAndRef()
{
    //第一部分
    int a1 = 5;
    var ref1 = new Ref()
    {
        X = 5
    };

    //第二部分
    int a2 = a1;
    a2 = 10;
    var ref2 = ref1;
    ref2.X = 10;
}

上述代码执行时变量的存储情况：

​

2.参数传递方式分为传值和传引用两种。

3.对于CLR来说，使用out和ref都会生成相同的IL代码，并且元数据除了一个bit（用于记录声明方法时指定的是out还是ref）外，完全一致。

//测试ref
static void TestRef(ref Ref r)
{
    r = new Ref()
    {
        X = -1
    };
}

//测试out
static void TestOut(out Ref r)
{
    r = new Ref()
    {
        X = -1
    };
}

static void Main(string[] args)
{
    var ref1 = new Ref()
    {
        X = 10
    };

    TestRef(ref ref1);
    TestOut(out Ref ref2);
}

以上代码编译出来的IL为：

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​

可以看到，TestRef和TestOut方法对应的IL完全相同！

4.在CLR中，方法的参数以及返回值都是通过栈来保存的，这些形参虽然表示的东西和实参看起来时一致的，但是实际上是分开存储的，即形参和实参是两个不同的变量。

三、研究问题

1.CLR默认所有方法参数传递方式都是传值：

    a.对于值类型来说，传递的是值的副本。例如线程栈中 a1 的值：5。

    b.对于引用类型来说，传递的是对象的引用，而引用本身是传值的，调用方法内用形参把引用存起来，如果在调用方法内部更改了形参内保存的引用(new一个新对象或用对其赋另一个对象)，那么该形参就与实参断了联系，随后的修改对实参不起作用；但如果引用未被改变的情况下进行了更改，实际上就是对实参进行的更改。例如线程栈中 ref1 的值：类型对象的引用。

2.当使用了ref或out后，C#传值方式就变为了传引用，类似于 C 中的 &a1，我想这里的&就是对应的ref和out吧：

    a.对于值类型来说，传递的是对值的引用（可以理解为值的地址，类似于引用类型的传值方式）=> &形参，去掉&，剩下的形参实际上就是实参，所以这个形参中保存的引用永远不会被改变，也就是始终更改的是实参的值。例如对线程栈中 a1 的引用。

    b.对于引用类型来说，传递的是对变量的引用（可以理解为指向实例对象引用的栈地址的引用，通俗的讲就是对象的引用是保存在栈的某个地址上，这里传递的就是对于该地址的引用）=>  &形参，这样就保证了调用方法内部使用的就是实参对象，而不是其引用的副本，所以任何更改都是对实参进行更改的。例如对线程栈中 ref1 的引用。

疏漏之处在所难免，如果有理解不对的地方请在下方留言，谢谢！