C#.Net的BCL提供了丰富的类型，最基础的是值类型、引用类型，而他们的共同（隐私）祖先是
System.Object（万物之源），所以任何类型都可以转换为Object。
01、数据类型汇总
C#.NET 类型结构总结如下图，Object是万物之源。最常用的就是值类型、引用类型，指针是一个特殊的值类型，泛型必须指定确定的类型参数后才是一个正式的类型。
1.1、值类型汇总⭐
| 🔸值类型 | Type | 说明 | 示例/备注 |
|---|---|---|---|
| byte | System.Byte | 8 位（1字节）无符号整数，0到255， | |
| sbyte | System.SByte | 8 位（1字节）有符号整数，-128 到 127 | 不符合 CLS |
| int | System.Int32 | 32位（4字节）有符号整型，大概-21亿-21亿 | |
| uint | System.UInt32 | 32位（4字节）无符号整型， 0 到 42亿 | 不符合 CLS |
| short | System.Int16 | 16 位（2字节）有符号短整数，-32768 到 32767， | |
| ushort | System.UInt16 | 16 位（2字节）无符号 短整数， 0 到 65535 | 不符合 CLS |
| long | System.Int64 | 64位（8字节）有符号长整形，19位数 | |
| ulong | System.UInt64 | 64位（8字节）无符号长整形，20位数 | 不符合 CLS |
| Int128 | Int128 | 128 位有符号整数，.Net7支持 | |
| BigInteger | BigInteger | 表示任意大小的（有符号）整数，不可变值 | |
| 整数表示 | - | 十六进制：0x/0X前缀；二进制：0b/0B前缀 | var默认为int |
| float | System.Single | 32位（4字节）单精度浮点数，最多6-7 位小数，-+3.402823E38 | 后缀f/F |
| double | System.Double | 64位（8字节）双精度浮点数，最多15-16 位小数，-+1.7*E308 | 后缀d/D |
| decimal | System.Decimal | 128位（16字节）高精度浮点数，28位小数，-+7.9E28 | 后缀m/M |
| bool | System.Boolean | 8位（1字节）布尔型，只有两个值：true、false | |
| char | System.Char | 16 位（2字节）单个字符，0 到 65,535的码值，使用 UTF-16 编码 | |
| enum | System.Enum | 支持任意整形的（常量）枚举，可以看做是一组整形的常量值集合 | |
| Complex | Complex | 表示一个复数，实部和虚部都为double | |
| Guid | Guid | 全局唯一标识符（16字节），一出生就是全球唯一的值 | Guid.NewGuid() |
| struct | 结构体 | 是一种用户自定义的值类型，常用于定义一些简单（轻量）的数据结构 | |
| DateTime | DateTime | 时间日期，详见下一章节 |
- bool 虽然只需要1位空间，但仍然占用了1个字节，是因为字节是处理器的最小单位。如果有大量的Bool，可用BitArray。
- 值类型大多都是“不可变的”，就意味着修改会创建新的对象，上面表格中除了自定义的结构体
Struct外都是不可变的。 - CTS（Common Type System）为通用类型系统，为微软定制的通用类型规范，所有.Net语言都支持（如F#、VB、C#）。不符合CTS就意味着C#独有。
1.2、引用类型汇总⭐
| 🔸引用类型 | Type | 说明 | 示例/备注 |
|---|---|---|---|
| object | System.Object | .NET 类的顶层基类，万物之源，包括所有值类型、引用类型 | 万物之源 |
| string | System.String | 字符串，引用类型，使用上有点像值类型 | 恒定性、驻留性 |
| dynamic | System.Dynamic | 动态类型，编译时不检查，可随意编码，只在运行时检查 | dynamic = 12 |
| Interface | - | 严格来说并不是“类型”，只是一组契约，可作为引用申明变量 | 接口契约 |
| Class | - | 定义一个引用类型，隐式继承自object | 定义类 |
| Delegate | System.Delegate | 委托类型，详见后文《解密委托与事件》 | |
| IEnumerable | - | 可枚举集合接口，几乎所有集合类型都实现了该接口 | |
| T[] | Array | 数组，同上枚举接口，更多参考《.Net中的集合》 | |
| 匿名类型 | new{P=v,V=1} | 动态申明一个临时匿名类型实例， | 编译器会创建类 |
| 元祖 | Tuple | 内置的一组包含若干属性的泛型类，常用(ValueTuple)编译器支持 | |
| recored | record | 记录类型，支持class（默认）、struct，其实就是简化版的类型申明 | 编译器创建完整类型 |
1.3、Object-万物之源
System.Object是所有类型的根，任何类都是显式或隐式的继承于System.Object，包括值类型，所以任何类型都可以转换为Object！
| 成员 | 描述 |
|---|---|
| string? ToString () | 返回对象的字符串，默认返回对象类型名称，按需重写。 |
| bool Equals (object? obj) | 比较是否与当前（this）相同，引用类型比较引用地址，值类型比较值&类型，可重写！ |
| int GetHashCode () | 获取当前对象的哈希码，用于哈希集合Dictionary、Hashtable中快速检查相等性。但不可用于相等判断，如果重写了Equals，应同时重写GetHashCode，确保两者一致。 |
| Type GetType () | 当前实例的准确运行时类型。如果是类型，在可用typeof(T) |
| protected ~Object (); | Object.Finalize析构函数，GC调用释放资源，按需实现。一般配合Dispose(GC.SuppressFinalize ) |
| protected object MemberwiseClone() | 浅拷贝，创建新对象>赋值非静态字段，引用类型字段就是赋值引用地址了。 |
| static bool Equals(Object, Object) | 比较相同，内部会调用实例的Equals(Object)方法 |
| static bool ReferenceEquals(o1,o2) | 比较两个引用对象是否同一实例，⁉️注意如果用于值类型会被装箱从而始终false。 |
下面代码为.Net中的 System.Object 源码：
public partial class Object
{public Object(){ }public virtual string? ToString(){return GetType().ToString();}protected internal unsafe object MemberwiseClone(); //对象浅拷贝public virtual bool Equals(object? obj){return this == obj;}public static bool Equals(object? objA, object? objB){return objA == objB || (objA != null && objB != null && objA.Equals(objB));}public static bool ReferenceEquals(object? objA, object? objB){return objA == objB;}public virtual int GetHashCode(){return RuntimeHelpers.GetHashCode(this);}~Object(){} //终结器
}
02、值类型与引用类型
值类型和引用类型是C#中最重要、最常用的两种数据类型，两者是有很多区别的，而且常常和性能有很大关系，因此这是C#开发者必须掌握的基础知识。
2.1、值类型 VS 引用类型
| 区别 | 值类型 ValueType | 引用类型 ReferenceType |
|---|---|---|
| ⭐存储位置 | 栈（Stack），也可以称为线程栈 | 堆（GC Heap），由GC管理 |
| ⭐存储内容 | 值 | 对象在堆上，引用变量在栈上，栈存储的的是堆上对象的内存地址 |
| ⭐传递方式 | 值传递，参数传递时传递的是值拷贝，各回各家 | 传递的是引用（地址），因此是同一个对象，分身代理 |
| 装箱、拆箱 | 转换为object、接口时会装箱、拆箱 | 无 |
默认值default | 数字、枚举默认0，bool默认false | 默认null |
| 占用内存大小 | 就值本身的长度，如int为4个字节 | 值本身+额外空间（引用对象的标配：TypeHandle、同步块） |
| 继承的对象 | 隐式继承自System.ValueType | 默认继承自Object |
| 接口、继承 | 不支持继承其他值类型，可继承接口 | 支持继承类、接口 |
| 怎么判断 | Type.IsValueTypeo.GetType().IsValueType | IsValueType ==false |
| 生命周期 | 作用域结束就释放，或方法结束就释放了 | 由GC管理，当对象没被使用了，GC检查后标记清除 |
| 性能 | 栈内存性能很高 | 低，需要GC分配内存、GC释放 |
default可以表示任意类型的默认值，编译时会被赋值。struct的默认值为每个字段设置默认值。
int x = 100;
int y = x; //值拷贝传递
string name = "sam";
int[] arr = new int[] { 1, 2, 3 };
var list = arr; //引用地址传递，实际指向同一个引用对象，分身幻象
📢 两者核心区别就是存储的方式不同，理解这一点非常重要，在变量（字段）赋值、方法参数传递上都是如此。
🔸Stack 栈：（线程）栈，由操作系统管理，存放值类型、引用类型变量（就是引用对象在托管堆上的地址）。栈是基于线程的，也就是说一个线程会包含一个线程栈，线程栈中的值类型在对象作用域结束后会被清理，效率很高。
🔸托管堆（GC Heap）：进程初始化后在进程地址空间上划分的内存空间，存储.NET运行过程中的对象，所有的引用类型都分配在托管堆上，托管堆上分配的对象是由GC来管理和释放的。托管堆是基于进程的，当然托管堆内部还有其他更为复杂的结构。
关于更多堆栈内存信息，查看后文《C#的内存管理艺术》
📢值类型可使用
out、ref关键字，像引用类型一样传递参数地址。两者对于编译器是一样的，都是取地址，唯一区别就是ref参数需要在外面初始化，out参数在方法内部初始化。
2.3、装箱和拆箱⁉️
因为值类型、引用类型的基类都是Object，因此值类型、引用类型是可以相互转换的，但这个转换是有很高成本的，这个过程就是装箱、拆箱。
int x = 100; //一个普通的值类型变量
object obj =x; //装箱到obj
int y = (int)obj;//拆箱到y
可视化分析一下这个过程：
🔸装箱：值类型转换为引用对象，一般是转换为System.Object类型，或接口类型。所以“箱子”就是Object引用对象，装箱的过程：
- ❶ 在GC堆上申请内存，内存大小为值类型的大小，再加上额外固定空间（引用类型的标配：TypeHandle和同步索引块）；
- ❷ 将值（100）拷贝到分配的内存中；
- ❸ 返回新对象（箱子）的引用地址给变量
obj。
🔸拆箱：引用类型转换为值类型，注意，这里的引用类型只能是被装箱的引用类型对象。
- ❶ 检测操作是否合法，如箱子是否为
null，类型是否和待拆箱的类型一致，检测失败则抛出异常InvalidCastException。 - ❷ 把箱子中的值拷贝到栈上。
上面三行装箱、拆箱代码的IL代码：装箱box、拆箱unbox是两个专门的指令。
由上可知，装箱会在GC堆上创建一个“箱子”（Object对象）来装载值，这是装箱造成极大的性能损失的根本原因，拆箱则把值搬回到栈内存上。
- 只有值类型才会有装箱、拆箱，引用类型一直都在“箱子”里。
- 相对来说装箱的性能损失更大，原因不难理解，创建引用对象（箱子）的性能开销更大。
📢在日常开发中，很容易发生隐式装箱，所以要特别注意，尽量用泛型。如ArrayList、Hashtable 都是面向Object的集合，应该用
List<T>、Dictionary<TKey, TValue>代替。
ArrayList arr = new ArrayList();
arr.Add(1); //装箱
arr.Add(true); //装箱
Hashtable ht = new Hashtable();
ht.Add(1,1.2f); //装箱了两次
对比测试装箱、拆箱的性能影响：
private T Add<T>(T arg1,T arg2) where T:INumber<T>
{return arg1+arg2;
}
private int AddWithObject(object x, object y)
{return (int)x + (int)y;
}
测试结果比较明显，装箱的方法在执行效率、内存消耗上都要差很多。
03、Nullable?可空类型
可空类型可用于值类型、引用类型，他们使用语法类似，不过他们是完全不同的两种东西。值类型的可空?是一个泛型Nullable<T>类型，而引用类型的?只是一个用于编译器检查的语法。
int? n = null;
string? str = "sam";
可空值类型、引用类型都支持null操作符：
- Null 条件运算符，
str?.Length- Null 合并赋值，
n??=1。
3.1、值类型的Nullable<T>
对于值类型，可空值类型表示值类型对象可以为null值，可空值类型T?的本质其实是Nullable<T>，他是一个值类型（结构体）。
int x0 = default; //默认值为0
int? x1 = default; //默认值值为null
int? x2 = null;
Nullable<int> x3 = null; //同上if (x3.HasValue)
{Console.WriteLine(x3.Value);
}
int a = x0 + (x3.HasValue? x3.Value : 10);
int b = x0 + x3 ?? 10; //效果同上
- 简化的语法为：
Type?，示例：int? n;，类型后跟一个问号"?"，和引用类型的可空语法一样。 - 属性
HasValue判断是否有值，Value获取值，如果HasValue为false时获取 Value 值会抛出异常。 - 转换：
T可隐式转换为T?，反之则需要显示转换。
下面为Nullable<T>的源码，是一个简单的结构体，T被约束为结构体（值类型）。
public struct Nullable<T> where T : struct
{//判断是否有值public readonly bool HasValue { get; }//获取值public readonly T Value { get; }public readonly T GetValueOrDefault()public readonly T GetValueOrDefault(T defaultValue)
}3.2、可空引用类型T?
引用类型本身的默认值就是null，为了避免一些场景下不必要的 NullReferenceException，就有了可空的引用类型T?，其核心目的就是为提高代码的健壮性。可空的引用类型并不是一个“新的类型”，而是一个编译指令，告诉编译器这个引用类型变量可能是null，使用时需检查，未初始化也没检查null就使用，编译器会产生编译告警，由此来提前发现潜在Bug，提高代码健壮性。如果没加?，则该表示引用对象不会为null。
要开启可空引用类型需要配置启用才行：
- 在项目配置中开启：
<Nullable>enable</Nullable>，值disable表示不启用。 - 在代码文件中启用，在文件头部加
#nullable enable，只对当前代码文件有效。
public int GetLength(string? firstName, string lastName)
{var len = firstName.Length; //编译器会警告 firstName 可能为nullif (firstName != null) //加上null判断就好了len += firstName.Length;len = firstName!.Length; //加上!，则忽略检查len += lastName.Length; //lastName不会为null，没有告警return len;
}
对于上面的示例代码，编译器会认为firstName可能会为null，在使用前必须初始化，或者检查是否为null。而lastName不会为null，可以直接使用。
📢 消除可空引用类型的编译告警的方法是结尾加
!（null 包容运算符），告诉编译器这个对象肯定不会为null，别再告警了！
在命名空间“System.Diagnostics.CodeAnalysis”下还有一些特性，用来辅助代码的静态检查和编译器检查。
[NotNull] //标记返回值不会为null
private string? FullName => "sam";//当方法返回false时参数value不会为null。该方法就是string.IsNullOrEmpty的源码
public static bool IsNullOrEmpty([NotNullWhen(false)] string? value)
{if ((object)value != null){return value.Length == 0;}return true;
}
04、类型转换⭐
数据类型之间是可以相互转换的，由一个数据类型转换为另一数据类型，常见的转换方式：
| 转换方式 | 说明 | 备注/示例 |
|---|---|---|
| 隐式转换 | 转换是自动的，一般是兼容的数值类型之间，编译时检查 | int n =100; float f = n; |
| 强制显示转换 | 使用强制转换操作符转换，(Type)value | 值类型编译时检查，引用类型运行时检查，失败抛出异常！ |
| 装箱、拆箱 | 值类型转换为引用类型object，反之为拆箱 | 装箱是隐式的，拆箱需显示转换 |
as显示转换 | 只用于引用类型转换：value as Type | 运行时检查，失败返回null |
is类型检查 | 检查一个值是否为指定（兼容）类型，如果是则转换 | if(obj is float f) {} |
类型方法Parse | 内置值类型基本都提供Parse、TryParse方法 | int.Parse("123") |
| Convert | 静态类，提供了大量的静态方法来转换内置数据类型 | Convert.ToInt16(false) |
| BitConverter | 静态类，各种内置类型和字节之间的转换方法 | BitConverter.GetBytes(0xff) |
| XmlConvert | 静态类，提供了各种内置类型和string之前的转换方法 | XmlConvert.ToInt32("1221") |
| TypeConverter | System.ComponentModel 空间下提供的大量类型转换器 | var cc = TypeDescriptor.GetConverter(typeof(Color)) |
| dynamic | 动态类型并不算是类型转换，作为一种特殊方式，运行时检查 | dynamic d = Foo; d.Print(); |
📢注意：
- 几乎所有类型都可以隐式转换为
Object，注意值类型转换Object会装箱。 - 对于值类型，范围小的类型转换范围大的类型大都支持隐式转换，且不会损失精度，如
float转double，int转浮点数。反之则需要强制转换，可能会损失精度，或溢出。 is语句可用于模式匹配，实现灵活的类型、数据检查，详细参考《C#中的模式匹配汇总》。
int a = (int)'a'; // 强制类型转换
Console.WriteLine(a); // 97float f = a; // 隐式类型转换
Console.WriteLine(f);object obj = f; //装箱，值类型隐式转换为引用类型
float f2 = (float)obj; //拆箱
if(obj is float f3) //is检查是否为float类型，如果是则转换值到变量f3
{Console.WriteLine(f3);
}
string str = obj as string; //as 转换失败，obj是float装箱
Console.WriteLine(str); //null
4.1、数值转换方式汇总
| 转换需求 | 转换方法 | 示例 |
|---|---|---|
| 解析十进制数字 | Parse、TryParse | int.Parse("1234")，double.Parse("123.04") |
| 解析2/8/16进制数 | Convert.To() | Convert.ToInt32("F",16)//15 |
| 16进制格式化 | ToString("X") | 1234.ToString("X6")//0004D2 |
| 无损数值转换 | 隐式转换 | int n = 100; double d = n; |
| 截断数值转换 | 显示转换 T v2 = (T)v1 | double d=12.56d; int n = (int)d; //n = 12，直接截断，不会四舍五入 |
| 四舍五入转换 | Convert.To()、Math.Round(d) | int n = Convert.ToInt32(d); //n = 13，四舍五入转换int n = Math.Round(d) //n = 13，可指定小数位数 |
05、相等、大小比较
📢 值类型比较的是值（结构体会比较其所有字段值），引用类型是比较的引用地址！
| 比较操作 | 说明 |
|---|---|
| ==、!= | 相等运算符，其本质是调用静态方法（运算符重载方法） |
| a.Equals(b) | 实例的虚方法（可被重写），运行时根据实际类型调用。 🔸 ①、 a不能为null，否则就NullReferenceException了。🔸 ②、引用类型默认比较引用地址，值类型会递归调用每一个字段的Equals方法。 🔸 ③、装箱的值类型会比较箱子内的值。 |
| Object.Equals(a,b) | Object静态方法，null判断+a.Equals(b)，参数是Object，值类型会装箱。 |
| Object.ReferenceEquals(a,b) | Object静态方法，只比较引用地址 |
IEquatable<T> | 相等接口方法bool Equals(T? other) |
IComparable<T> | 大小比较 int CompareTo(T? other)，返回一个int值：a.CompareTo(b)// a>b 返回1，a==b 返回 0， a<b 返回 -1 |
| >、< | 大小比较运算符，结果应该和上面 IComparable 保持一致 |
IEqualityComparer<T> | 扩展的相等比较接口，非泛型版本 IEqualityComparer |
| StringComparer | 提供了用于字符串的多种类型的比较器：StringComparer.Ordinal.Compare("h","H") |
public interface IComparable<in T>
{int CompareTo(T? other);
}
public interface IEquatable<T>
{bool Equals(T? other);
}
public interface IEqualityComparer<in T>
{bool Equals(T? x, T? y);int GetHashCode([DisallowNull] T obj);
}
// System.Object
public static bool Equals(object? objA, object? objB)
{if (objA == objB){return true;}if (objA == null || objB == null){return false;}return objA.Equals(objB);
}
Equals()方法必须自相等，即x.Equals(x)必为true。- 对于值类型，大多数情况下
Equals()方法等效于==，只有double.NaN例外，double.NaN不等于任何对象。而引用类型则不一定了，有些引用类型重写了Equals()方法，而没有重写==运算符。
Console.WriteLine(double.NaN == double.NaN); //False
Console.WriteLine(double.NaN.Equals(double.NaN));//TrueConsole.WriteLine(object.Equals(1,1)); //True //装箱比较值
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(1,1)); //False //装箱比较引用StringBuilder sb1 = new StringBuilder("sb");
StringBuilder sb2 = new StringBuilder("sb");
Console.WriteLine(sb1 == sb2); //False
Console.WriteLine(object.Equals(sb1,sb2)); //False
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(sb1,sb2));//False
Console.WriteLine(sb1.Equals(sb2)); //True //与上面的 object.Equals(sb1,sb2) 不同
上面的 StringBuilder 重新实现了 Equals方法，但不是继承覆盖，而是隐式new覆写实现的，因此只能在 通过 StringBuilder 引用调用时才有效。参考：StringBuilder 源码。
5.1、自定义相等
⁉️什么时候需要自定义相等比较？
- 提高比较速度，多用于自定义结构体。
- 修改相等比较的语义，基于实际业务需要自定义相等的规则，如System.Url、String.String 都是引用类型，只要字符值相同则相等（== 和 Equals）。
⁉️如何自定义相等比较？
- 重写
GetHashCode()和Equals()方法。这两个一般是一起配对重写，需注意 二者的一致性。 - （可选）重载
!=和==。 - （可选）实现 IEquatable
<T>接口。
📢
GetHashCode()是基类 Object 的一个虚方法，该方法用于获取一个对象的 Int32 类型的散列码。该散列码只在键值结构（Hashtable、HashSet、Dictionary）中使用，用来表示元素的唯一“ID”，用于在哈希表中快速检索数据。
GetHashCode()的默认实现：
- 值类型的散列码 是由每一个字段的值来计算的，如果有多个字段则通过一定的规则组合（如异或运算）。
- 引用类型则基于对象的内存地址。
so，如果重写了Equals() 方法，则一般要重写GetHashCode()，让两者匹配。当然如果不遵守该规则也没问题，只是在使用哈希表时可能会出现问题（如性能严重下降）。
参考资料
- .NET类型系统②常见类型
- C# 文档
- 《C#8.0 In a Nutshell》
- .NET面试题解析(02)-拆箱与装箱
- .NET面试题解析(01)-值类型与引用类型
- https://juejin.cn/post/7366913665247281179