6. Система типов языка c#

Как и в любом языке программирования, в С# поставляется собственный набор основных типов данных, которые должны применяться для представления локальных переменных, переменных экземпляра, возвращаемых значений и входных параметров. Однако в отличие от других языков программирования, в С# эти ключевые слова представляют собой нечто большее, чем просто распознаваемые компилятором лексемы. Они, по сути, представляют собой сокращенные варианты обозначения полноценных типов из пространства имен System. В табл. 3 0перечислены эти системные типы данных вместе с охватываемыми ими диапазонами значений, соответствующими ключевыми словами на С# и сведениями о том, отвечают ли они требованиям общеязыковой спецификации CLS (Common Language Specification).

Таблица 3

Системные типы данных в С#

Cокращенный вариант обозначения в С#	Отвечает ли требованиям CLS	Системный тип	Диапазон значений	Описание
bool	Да	System.Boolean	true или false	Представляет признак истиности или ложности
sbyte	Нет	System.SByte	от -127 до 128	8-битное число со знаком
byte	Да	System.Byte	от 0 до 255	8-битное число без знака
short	Да	System.Int16	от -32 768 до 32767	16-битное число со знаком
ushort	Нет	System.UInt16	от 0 до 65 535	16-битное число без знака
int	Да	System.Int32	от - 2 147 483 648 до 2 147 483 647	32-битное число со знаком
uint	Нет	System.UInt32	от 0 до 4 294 967 295	32-битное число без знака
long	Да	System.Int64	от -9 223 372 036 854 775 808 до 9 223 372 036 854 775 807	64-битное число со знаком
ulong	Нет	System.UInt64	от 0 до 18 446 744 073 709 551 615	64-битное число без знака
char	Да	System.Char	от U+0000 до U+ffff	Одиночный 16-битный символ Unicode
float	Да	System.Single	от +1,5×10-45 до 3,4×1038	32-битное число с плавающей точкой
double	Да	System.Double	от 5,0×10-324 до 1,7×10308	64-битное число с плавающей точкой
decimal	Да	System.Decimal	от ±1,0×10e-28 до ±7,9×1028	96-битное число с плавающей точкой
string	Да	System.String	Ограничивается объемом системной памяти	Представляет ряд символов в формате Unicode
object	Да	System.Object	Позволяет сохранять любой тип в объектной переменной	Служит базовым классом для всех типов в мире .NET

Интересно отметить то, что даже элементарные типы данных в .NET имеют вид иерархии классов. Типы, которые находятся в самом верху иерархии, обеспечивают некоторое поведение по умолчанию, которое передается унаследованным от них типам. На рис. 1 схематично показаны отношения между ключевыми системными типами.

Р ис. 1. Иерархия классов системных типов

Обратите внимание, что каждый из этих типов в конечном итоге наследуется от класса System.Object, в котором содержится набор методов (таких как ToString (), Equals () и GetHashCode ()), являющихся общими для всех поставляемых в библиотеках базовых классов .NET типов.

В С# имеются две общие категории встроенных типов данных: типы значений и ссылочные типы. Они отличаются по содержимому переменной. Если переменная относится к типу значения, то она содержит само значение, например 3,1416 или 212. А если переменная относится к ссылочному типу, то она содержит ссылку на значение. Наиболее распространенным примером использования ссылочного типа является класс.

Каждый из числовых типов, такой как short или int. отображается на соответствующую структуру в пространстве имен System. Структуры представляют собой типы значений, которые размещаются в стеке. Типы string и object, с другой стороны, являются ссылочными типами, а это значит, что данные, сохраняемые в переменных такого типа, размещаются в управляемой куче.

Стек — это структура данных, которая сохраняет элементы по принципу: первым пришел, последним ушел. Стек относится к области памяти, поддерживаемой процессором, в которой сохраняются локальные переменные. Доступ к стеку во много раз быстрее, чем к общей области памяти, поэтому использование стека для хранения данных ускоряет работу вашей программы. В С# размерные типы (например, целые числа) располагаются в стеке: для их значений зарезервирована область в стеке, и доступ к ней осуществляется по названию переменной.

Ссылочные типы (например, объекты) располагаются в куче. Куча — это оперативная память компьютера. Доступ к ней осуществляется медленнее, чем к стеку. Когда объект располагается в куче, то переменная хранит лишь адрес объекта. Этот адрес хранится в стеке. По адресу программа имеет доступ к самому объекту, все данные которого сохраняются в общем куске памяти (куче).

Важно отметить, что многие из числовых типов данных унаследованы от класса System.ValueType. Потомки ValueType автоматически размещаются в стеке и потому обладают очень предсказуемым временем жизни и являются довольно эффективными. Типы, у которых в цепочке наследования не присутствует класс System.ValueType (вроде System.Type, System.String, System.Array, System.Exception и System. Delegate), в стеке не размещаются, а попадают в кучу и подвергаются автоматической сборке мусора.

Роль класса System.ValueType заключается в гарантировании размещения производного типа (например, любой структуры) в стеке, а не в куче с автоматически производимой сборкой мусора. Данные, размещаемые в стеке, могут создаваться и уничтожаться очень быстро, поскольку срок их жизни зависит только от контекста, в котором они определены. За данными, размещаемыми в куче, наблюдает сборщик мусора .NET, и время их существования зависит от целого ряда различных факторов.

С функциональной точки зрения единственной задачей System.ValueType является переопределение виртуальных методов, объявленных в System.Object, так, чтобы в них использовалась семантика, основанная на значениях, а не на ссылках. Под переопределением понимается изменение реализации виртуального (или, что тоже возможно, абстрактного) метода, определенного внутри базового класса. Базовым классом для ValueType является System.Object. В действительности методы экземпляра, определенные в System.ValueType, идентичны тем, что определены в System.Object:

// Структуры и перечисления неявным образом // расширяют возможности System.ValueType. public abstract class ValueType : object { public virtual bool Equals(object obj ) ; public virtual int GetHashCode (); public Type GetType() ; public virtual string ToString(); }

Из-за того, что в типах значения используется семантика, основанная на значениях, время жизни структуры (которая включает все числовые типы данных, наподобие int, float и т.д., а также любое перечисление или специальную структуру) получается очень предсказуемым. При выходе переменной типа структуры за пределы контекста, в котором она определялась, она сразу же удаляется из памяти.

// Локальные структуры извлекаются из стека // после завершения метода. static void LocalValueTypes () { //В действительности int представляет // собой структуру System.Int32. int i = 0; //В действительности Point представляет // собой тип структуры. Point p = new Point () ; } // Здесь i и р изымаются из стека.