第四章 C#类型
既然你已经知道如何创建一个简单的C#程序，那么我将会给你介绍C#的类型系统。在这一章中，你学到如何使用不同的值和引用类型，加框和消框机制能为你作些什么。尽管这一章的并不侧重于例子，但你还可以学到很多重要的、关于如何使用现成类型创建程序的知识。
4.1 值类型
各种值类型总是含有相应该类型的一个值。C#迫使你初始化变量才能使用它们进行计算——变量没有初始化不会出问题，因为当你企图使用它们时，编译器会告诉你。
每当把一个值赋给一个值类型时，该值实际上被拷贝了。相比，对于引用类型，仅是引用被拷贝了，而实际的值仍然保留在相同的内存位置，但现在有两个对象指向了它（引用它）。C#的值类型可以归类如下：
·简单类型（Simple types ）
·结构类型（struct types）
·枚举类型（Enumeration types）
4.1.1 简单类型
在C#中出现的简单类型共享一些特性。第一，它们都是.NET系统类型的别名。第二，由简单类型组成的常量表达式仅在编译时而不是运行时受检查。最后，简单类型可以按字面被初始化。以下为C#简单类型归类：
·整型
·布尔型
·字符型 (整型的一种特殊情况)
·浮点型
·小数型
4.1.1.1 整型
C#中有9个整型。 sbyte 、byte、 short、 ushort、 int、 uint、 long、 ulong 和 char（单独一节讨论）。它们具有以下特性：
·sbyte型代表有符号8位整数，取值范围在-128~127之间。
·bytet型代表无符号16位整数，取值范围在0~255之间。
·short型代表有符号16位整数，取值范围在-32,768~32,767之间。
·ushort型代表无符号16位整数，取值范围在0~65,535之间。
·int型代表有符号32位整数，取值范围在-2,147,483,648~ 2,147,483,647之间。
·uint型代表无符号32位整数，取值范围在 0 ~ 4,294,967,295之间。
·long型代表64位有符号整数，取值范围在-9,223,372,036,854,775,808~ 9,223,372,036,854,775,807之间。
·ulong型为64位无符号整数，取值范围在0 ~ 18,446,744,073,709,551,615之间。
VB和C程序员都可能会对int和long数据类型所代表的新范围感到惊讶。和其它的编程语言相比，在C#中，int不再取决于一个机器的字（word)的大小，而long被设成64位。
4.1.1.2 布尔型
布尔数据类型有true和false两个布尔值。可以赋true或false值给一个布尔变量，也可以把一个表达式赋给变量，其值等于表达式所求出的值：
bool bTest = (80 > 90);
与C和C++相比，在C#中，true值不再为任何非零值。不要为了增加方便而把其它整型转换成布尔型。
4.1.1.3 字符型
字符型为一个单Unicode 字符。一个Unicode字符16位长，它可以用来表示世界上大多数的语言。可以按以下方法给一个字符变量赋值：
char chSomeChar = 'A';
除此之外，可以通过十六进制转义符（前缀\x）或Unicode表示法给变量赋值（前缀\u）：
char chSomeChar = '\x0065';
char chSomeChar = '\u0065';
不存在把char转换成其它数据类型的隐式转换。这就意味着，在C#中把一个字符变量当作另一个整数数据类型看待是行不通的——这是C程序员必须改变习惯的另一个方面。但是，可以运用显式转换：
char chSomeChar = (char)65;
int nSomeInt = (int)'A';
在C中仍然存在着转义符（字符含义）。要换换脑筋，请看表4.1。
Table 4.1 转义符（ Escape Sequences）
转义符
字符名
\'
单引号
\"
双引号
\\
反斜杠
\0
空字符
\a
感叹号
\b
退格
\f
换页
\n
新行
\r
回车
\t
水平 tab
\v
垂直tab
4.1.1.4 浮点型
两种数据类型被当作浮点型：float和double。它们的区别在于取值范围和精度：
float: 取值范围在 1.5x10-45~ 3.4x1038之间， 精度为7位数。
double: 取值范围在 5.0x10-324 ~ 1.7x10308之间， 精度为 15~16 位数。
当用两种浮点型执行运算时，可以产生以下的值：
正零和负零
正无穷和负无穷
非数字值（Not-a-Number，缩写NaN）
非零值的有限数集
另一个运算规则为，当表达式中的一个值是浮点型时，所有其它的类型都要被转换成浮点型才能执行运算。
4.1.1.5 小数型（The decimal Type）
小数型是一种高精度、128位数据类型，它打算用于金融和货币的计算。它所表示的范围从大约1.0x10-28 到 7.9x1028，具有28至29位有效数字。要注意，精度是以十进制位数 (digits)表示，不是小数位（decimal places）。运算最多精确到小数点后28位。
正如你所看到的，decimal的取值范围比double的还窄，但它更精确。因此，没有decimal和double之间的隐式转换——往一个方向转换可能会溢出，往另外一个方向可能会丢失精度。你不得不运用显式转换。
当定义一个变量并赋值给它时，使用 m 后缀以表明它是一个小数型：
decimal decMyValue = 1.0m;
如果省略了m，在变量被赋值之前，它将被编译器认作double型。
4.1.2 结构类型
一个结构类型可以声明构造函数、常数、静态字段、方法、属性、索引、操作符和嵌套类型。尽管列出来的功能看起来象一个成熟的类，但在C#中，结构和类的区别在于结构是一个值类型，而类是一个引用类型。与C++相比，这里可以用结构关键字定义一个类。
使用结构的主要思想是用于创建小型的对象，如Point和FileInfo等等。你可以节省内存，因为没有如类对象所需的那样有额外的引用产生。例如，当声明含有成千上万个对象的数组时，这会引起极大的差异。
清单4.1 包含一个命名为IP的简单结构，它表示一个使用byte类型的4个字段的IP地址。这里不包含方法等，因为这些工作正如使用类一样，将在下一章有详细的描述。
清单4.1 定义一个简单的结构
1: using System;
2:
3: struct IP
4: {
5: public byte b1,b2,b3,b4;
6: }
7:
8: class Test
9: {
10: public static void Main()
11: {
12: IP myIP;
13: myIP.b1 = 192;
14: myIP.b2 = 168;
15: myIP.b3 = 1;
16: myIP.b4 = 101;
17: Console.Write("{0}.{1}.",myIP.b1,myIP.b2);
18: Console.Write("{0}.{1}",myIP.b3,myIP.b4);
19: }
20: }
4.1.3 枚举类型
当你想声明一个由一个指定常量集合组成的独特类型时，枚举类型正是你要寻觅的。最简单的形式，它看起来可能象这样：
enum MonthNames { January, February, March, April };
因我惯用缺省设置，故枚举元素是int型，且第一个元素为0值。每一个连续的元素按1递增。如果你想给第一个元素直接赋值，可以如下把它设成1：
enum MonthNames { January=1, February, March, April };
如果你想赋任意值给每个元素——甚至相同的值——这同样没有问题：
enum MonthNames { January=31, February=28, March=31, April=30 };
最后的选择是不同于int的数据类型。可以在一条语句中按如此赋值：
enum MonthNames : byte { January=31, February=28, March=31, April=30 };
你可以使用的类型仅限于long、int、short和byte。
4.2 引用类型
和值类型相比，引用类型不存储它们所代表的实际数据，但它们存储实际数据的引用。在C#中提供以下引用类型给你使用：
·对象类型
·类类型
·接口
·代表元
·字符串类型
·数组
4.2.1 对象类型
对象类型是所有类型之母——它是其它类型最根本的基类。因为它是所有对象的基类，所以可把任何类型的值赋给它。例如，一个整型：
object theObj = 123;
给所有的C++程序员一个警告：object并不等价于你可能正在寻找的void*。无论如何，忘掉指针总是个好主意。
当一个值类型被加框（作为一个对象利用）时，就用到对象类型。这一章稍后会讨论到加框和消框
4.2.2 类类型
一个类类型可以包含数据成员、函数成员和嵌套类型。数据成员是常量、静态字段和事件。函数成员包括方法、属性、索引、操作符、构造函数和析构函数。类和结构的功能是非常相似的，但正如前面所述，结构是值类型而类是引用类型。
和C++相比，仅允许单继承。（你不能拥有派生一个新对象的多基类。） 但是，C#中的一个类可以派生自多重接口，该接口在下一节将得到描述。
第五章 “类”专门讨论使用类编程。这一节仅打算给出C#类适合类型图的概况。
4.2.3 接口
一个接口声明一个只有抽象成员的引用类型。跟C++中相似的概念，是一个结构的成员，且方法等于0。如果你一点都不了解这些概念，这里就是在C#中一个接口实际所做的。它只有方法名，但根本就没有执行代码。这就暗示了不能实例化一个接口，只能实例化一个派生自该接口的对象。
可以在一个接口中定义方法、属性和索引。所以，对比一个类，接口有什么特殊性呢？当定义一个类时，可以派生自多接口，而你可以从仅有的一个类派生。
你可能会问："OK，但我必须实现所有的接口成员，那么我能从这个途径得到什么呢?" 我想举一个来自.NET的例子：很多类实现了IDictionary 接口。你可以使用简单的类型转换访问接口：
IDictionary myDict = (IDictionary)someobjectthatsupportsit;
现在你的代码可以访问字典了。可等等，我说很多类可以实现这个接口——所以，你可以在多个地方重用代码来访问IDictionary 接口！一旦学会，任何地方都可使用。
当你决定在类设计中使用接口时，学习更多关于面向对象的设计是个好主意。这本书不能教你这些概念，但你可以学习如何创建接口。以下的代码段定义接口IFace，它只有一个方法：
interface IFace
{
void ShowMyFace();
}
正如我所提到的，不能从这个定义实例化一个对象，但可以从它派生一个类。因此，该类必须实现ShowMyFace抽象方法：
class CFace:IFace
{
public void ShowMyFace()
{
Console.WriteLine("implementation");
}
}
接口成员和类成员的区别在于，接口成员不能被实现。因此，我不想在下一章中再次提到这一点。
4.2.4 代表元
代表元封装了具有某些名字的方法。基本上，代表元是类型安全和函数指针的安全版本(回调功能)。可以同时在一个代表元实例中同时封装静态和实例方法。
尽管你可以用代表员当作具有方法，但它们的主要用途是拥有一个类事件。再次，我想把你引到下一章，那里会详细地讨论类。
4.2.5 字符串类型
C程序员可能会诧异，但当然，C#有一个用于操作字符串数据的基本字符串类型。字符串类直接派生自对象，且它是被密封的，这意味着再不能从它派生类。就象其它类型，字符串是预定义类System String的一个别名。
它的用法十分简单：
string myString = "some text";
合并字符串同样简单：
string myString = "some text" + " and a bit more";
而如果你想访问单个字符，所要做的就是访问下标：
char chFirst = myString[0];
当比较两个字符串是否相等时，简单地使用"=="比较操作符。
if (myString == yourString) ...
我只想提一下，尽管字符串是一个引用类型，但比较时是比较值，而不是比较引用(内存地址)。
这本书的每一个例子中，几乎都用到了字符串类型，而且在这些例程中，我会介绍给你一些由字符串对象所揭示的极其有趣的方法。
4.2.6 数组
一个数组包含有通过计算下标访问的变量。所有包含于数组中且被当作元素的变量必须是同一类型。这种类型自然被称为"数组类型"。数组可以存储整数对象、字符串对象或者你提出的任何对象。
数组的维数就是所谓的排(rank)，它决定了相关数组元素的下标数。最常用的数组是一维数组(第一排)。一个多维数组具有的排数大于1 。每个维的下标始于0，终于维的长度减1 。
应有足够的理论支持。让我们看一下用一个数组初始化器( array initializer)初始化的数组：
string[] arrLanguages = { "C", "C++", "C#" };
该简写效果等同以下：
arrLanguages[0]="C"; arrLanguages[1]="C++"; arrLanguages[2]="C#";
而编译器为你做了所有的工作。当然，它将同样为多维数组初始化器工作：
int[,] arr = {{0,1}, {2,3}, {4,5}};
它是以下的简写：
arr[0,0] = 0; arr[0,1] = 1;
arr[1,0] = 2; arr[1,1] = 3;
arr[2,0] = 4; arr[2,1] = 5;
如果你不想事先初始化一个数组，但知道了它的大小，该声明就象这样：
int[,] myArr = new int[5,3];
如果数组的大小必须动态地被计算，用于数组创建的语句可以象这样写：
int nVar = 5;
int[] arrToo = new int[nVar];
正如我在这一节开始所陈述的，你可以往数组里面塞任何东西，只要所有的元素类型都相同。因此，如果你想把任何东西放进一个数组，就声明它的类型为对象：
4.3 加框和消框
这一章的课程中，我已经给出了各式各样的值类型和引用类型。由于速度的原因，你会使用值类型——它们只是占据一定的内存块。但是，有时对象的方便性就象值类型一样好用。
加框和消框，C#类型系统的核心概念，这时闪亮登场了。通过允许一个值类型转换成类型对象或从类型对象转换成值类型，这种机制形成了值类型和引用类型之间的捆绑连接。任何东西终究是一个对象——但是，这只是在需要它们作为对象时。
4.3.1 加框转换
给一个值加框指隐式地把任何值类型转换成类型对象。当一个值类型被加框时，一个对象实例就被分配，且值类型的值被拷贝给新的对象。
看以下例子：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
第二行的赋值暗示调用一个加框操作。nFunny整型变量的值被拷贝给oFunny对象。现在整型变量和对象变量都同时存在于栈中，但对象的值居留在堆中。
那么，它暗示着什么呢? 它们的值互相独立——在它们之间没有连接。(oFunny没有引用nFunny的值。) 以下代码说明了结果：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
oFunny = 2001;
Console.WriteLine("{0} {1}", nFunny, oFunny);
当代码改变oFunny的值时，nFunny的值并没有改变。只要你脑袋中有这个copy动作，就能够使用值类型的对象功能，发挥出你的巨大优势！
4.3.2 消框转换
和加框相比，消框是显式操作——必须告诉编译器，你想从对象中抽取出哪一种值类型。当执行消框操作时，C#检测所请求的值类型实际上存储在对象实例中。经过成功的确认，该值被消框。
这就是消框如何执行：
int nFunny = 2000;
object oFunny = nFunny;
int nNotSoFunny = (int)oFunny;
如果错误地请求一个double值
double nNotSoFunny = (double)oFunny;
通用语言运行时(Common Language Runtime，简写CLR)将会引发一个InvalidCastException异常。你可以在第7章 "异常处理" 中学到更多有关异常处理的知识。
4.4 小结
在这一章中，你学到了C#中用到的各种类型。简单的值类型包括整型、布尔型、浮点型和小数型。你会十分经常地用到一些类型，进行数学和金融的计算，以及逻辑表达。
在介绍引用类型之前，我显示了一个看起来象类的结构类型。它几乎就象一个类那样运作，但它只是一个值类型，这使它更加适合需要有大量的小对象的场合。
引用类型起始于所有对象之母的objedt本身。object是C#中所有对象的基类，且它同样用于值类型的加框和消框。除此之外，我还让你领略了代表元、字符串和数组。
令C#程序员十分神气的类型就是类。它是C#面向对象编程的心脏，下一章整章专门让你迅速理解这个激动人心且功能强大的类型。
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