بررسی مفاهیم متغیرهای Value Type و Reference Type در سی شارپ

اندازه‌ی قلم متن

تخمین مدت زمان مطالعه‌ی مطلب: هشت دقیقه

نوع داده(Data Type) ، متغیر‌ها(Variables) ، انواع مقداری(Value Type) ، انواع ارجاعی(Reference Type)

مقدمه :
نوع داده‌ها، اجزای اصلی سازنده‌ی یک زبان برنامه نویسی و شبیه قواعد هر زبانی هستند.
مفاهیمی که در این مطلب بررسی خواهد شد :
• Data Type نوع داده
• Variables متغیرها
• Naming Convention قرارداد‌های نامگذاری
• Value Type/Reference Type انواع مقداری و ارجاعی
• Stack/heap memory حافظه پشته و هرم

نوع داده

در دنیای واقعی، برای نگهداری مواد مختلف، ظروف مختلفی با اندازه‌های مختلفی طراحی شده است. در دنیای برنامه نویسی، به تناسب اطلاعاتی که می‌خواهیم در حافظه ذخیره کنیم، باید نوع ظرف ذخیره سازی را انتخاب کنیم. نوع ظرف ذخیره سازی را در دنیای برنامه نویسی، نوع داده‌ها مشخص می‌کنند.

در دات نت، همه‌ی نوع داده‌ها (Data Type) بصورت مستقیم و یا غیر مستقیم، از کلاس System.Object مشتق شده‌اند.

متغیرها

متغیر‌ها برای ذخیره‌ی مقادیر (اطلاعات)، استفاده می‌شوند. به این مثال دقت کنید: ما یک کیف داریم که در آن یک کتاب قرار دارد. در اینجا کیف نقش متغیر و کتاب نقش مقدار (value) را ایفا می‌کند. اندازه‌ی کیف همان نوع داده (Data Type) در دنیای برنامه نویسی می‌باشد.

چک کردن سایز نوع داده (Data Type)

ما نیازی به حفظ کردن اندازه‌ی نوع داده‌ها نداریم. در سی شارپ متدی به نام () sizeof مهیا شده است که با چک کردن نوع داده، اندازه‌ی آن را بر حسب بایت نمایش می‌دهد.

به مثال زیر دقت کنید:

Console.WriteLine(sizeof(int));
Console.WriteLine(sizeof(char));
Console.WriteLine(sizeof(bool));
Console.WriteLine(sizeof(decimal));
Console.WriteLine(sizeof(float));

خروجی کد‌های بالا :

نکته : متد sizeof فقط برای نمایش اندازه‌ی نوع داده‌های مقداری (value type) می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

چک کردن نوع داده
ما می‌توانیم نوع داده‌ها را برای بدست آوردن کلاسی که به آن تعلق دارند، چک کنیم.
مثال :

 int a = 23;
float b = 3.14f;
Console.WriteLine(a.GetType());
Console.WriteLine(b.GetType());

خروجی کد‌های بالا :

System.Int32
System.Single

چک کردن نوع داده‌ی دو شیء
فرض کنید 2 شیء را با نام‌های obj1 و obj2 داریم که هر دو از نوع long هستند. برای اینکه این مقایسه را انجام دهیم، از متد Object.RefrenceEqual می‌توان استفاده کرد.
مثال :

long obj1 = 356;
long obj2 = 54;
float obj3 = 234;
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(obj1.GetType(), obj2.GetType()));
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(obj1.GetType(), obj3.GetType()));

خروجی کد‌های بالا :

True
False

تعریف یک متغیر ومقدار دهی به آن

سی شارپ یک زبان strongly typed است (البته با در نظر نگرفتن نوع dynamic آن). به این معنا که کلیه‌ی متغیر‌ها، قبل از استفاده باید تعریف و مقدار دهی شوند و بعد از تعریف متغیر، نمی‌توان نوع آن را تغییر داد. رفتار یک متغیر بر اساس نوع انتخابی ما مشخص می‌شود. بطور مثال با انتخاب نوع int تنها می‌توان اعداد صحیح را ذخیره و نگهداری کرد و برای تغییر رفتار متغیر‌ها باید آنها را تبدیل کنیم.

تعریف یک متغیر
برای استفاده از یک متغیر ابتداباید آن را تعریف کنیم :

//<data type> <variable name>;
Int a;

مقداردهی اولیه یک متغیر
مقدار دهی اولیه‌ی یک متغیر با استفاده از عملگر = و نوشتن مقدار مورد نظر برای ذخیره کردن در متغیر، در سمت راست عملگر اتفاق خواهد افتاد.

//<data type> <variable name>=value;
Int a=23;
Int a;//declare تعریف
a=23;//مقدار دهی اولیه initializing
Int a=23;//تعریف و مقدار دهی در یک خط
Int a,b,c=23;//تعریف چند متغیر و مقدار دهی در یک خط

قرار دا‌دهای نام گذاری متغیر‌ها :
در دنیای برنامه نویسی دو نوع قرار داد نام گذاری بسیار متداول وجود دارند:
1- camelCase : در این قرار داد، حرف اول کلمه‌ی اول، بصورت کوچک و حرف اول از کلمه‌ی دوم، بصورت بزرگ نوشته خواهد شد. برای مثال: firstName,lastName
2- PascalCase : در این قرار داد حروف ابتدایی دو کلمه‌ی مجاور، بصورت بزرگ نوشته خواهند شد: FirstName,LastName

چند نکته :
• نامگذاری متغیر‌ها را می‌توانید با علامت _ و یا @ شروع کنید.
• کلمات کلیدی (key word) سی شارپ نمی‌توانند به عنوان نام متغیر مورد استفاده قرار بگیرند (مگر آنکه با @ شروع شوند).
• در بین نام متغیر نباید فضای خالی وجود داشته باشد. کاراکتر‌های سازنده‌ی متغیر می‌توانند اعداد، حروف و زیر خط باشند.
لیستی از نام گذاری‌های مجاز:

 int abc;
long _abcd;
float @abcd;
bool main_button;
decimal piValue;
string firstName;
string first_name;
bool button55_on;

لیستی از نام گذاری‌های غیر مجاز

long _a.5bc5d;
float @ab cd;
decimal pi@Value;
//استفاده از کلمات کلیدی سی شارپ که کامپایلر آنها را مجاز نمی‌داند
bool class;
string namespace;
string string;
int static;

برای مطالعه‌ی کاملتر کلمات کلیدی سی شارپ می‌توانید اینجا را مطالعه کنید.

در ادامه کمی در مورد نوع داده‌ها بحث خواهیم کرد.
در سی شارپ دو مدل نوع داده وجود دارد:
• انواع مقداری Value Type
• انواع ارجاعی یا اشاره‌ای Reference Type

انواع مقداری (Value Type) :
• انواع مقداری مستقیما حاوی داده‌ها هستند. اگر یک متغیر از نوع مقداری را به یک متغیر دیگر تخصیص دهید، مقدار آنها مستقیما کپی می‌شوند؛ برعکس نوع‌های اشاره‌ای که با نخصیص یک متغیر به یک متغیر دیگر، تنها اشاره‌گر به مقدار شیء کپی خواهد شد و نه خود شیء.
• کلیه نوع‌های مقداری از کلاس ValueType مشتق شده‌اند.
• در فضای stack به آنها حافظه تخصیص داده می‌شود.
• نمی‌توانند مقدار null بپذیرند. البته با قابلیت nullabletype امکان تخصیص مقدار null به نوع داده‌های مقداری نیز مهیا شده است.
• همه نوع‌های داده‌های مقداری، یک سازنده پیش فرض دارند که به صورت ضمنی کار مقدار دهی اولیه برای آنها را انجام می‌دهد. برای مطالعه بیشتر درباره مقادیر پیش فرض به اینجا مراجعه کنید.

انواع مقداری به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شود :
• Structs
• Enumerations

طبقه بندی Structs به صورت زیر است :
• Numeric Type
* Integral Type : sbyte,short,ushort,int,uint,long,ulong,char
* Floating-Point Types : float,double
* Decimal : decimal
• Bool دو مقدار true و false
• User Defined Struct

نوع داده نال (تهی) پذیر (nullable Type) و چگونگی تعریف آن

در ابتدای معرفی نوع داده‌های مقداری گفتیم همیشه باید وضعیت متغیر مشخص و مقدار دهی اولیه‌ی آن یا به صورت ضمنی و یا آشکار انجام شود. هیچ یک از نوع داده‌های مقداری نمی‌توانند بصورت null تعریف شوند. برای تبدیل یک نوع داده مقداری به صورتی که قابلیت ذخیره‌ی مقدار null را داشته باشد، بعد از نوشتن نوع داده، علامت سوال ؟ قرار می‌دهیم.

 < data type >? < variable name >= null; //syntax

int? a = null; //assigning null
int? b = 55; //assigning null and a value
var? c = 55 //it will give error

نکته : var نمی‌تواند بصورت nullable تعریف شود.

برای چک کردن مقدار در انواع تهی پذیر (nullable) دو خصوصیت وجود دارد:
• HasValue
اگر مقداری در متغیر وجود داشته باشد ارزش true بازگردانده می‌شود؛ در غیر اینصورت ارزش false
• Value
مقدار واقعی متغیر را باز می‌گرداند.

مثال :

 int? a = null;
int? b = 22;
Console.WriteLine(a.HasValue);
//------------
Console.WriteLine(b.HasValue);
Console.WriteLine(b.Value);

خروجی کد بالا :

 False
True
22

انواع ارجاعی Reference Type
انواع ارجاعی مستقیما حاوی اطلاعات نیستند و ارجاعی هستند به آدرسی از حافظه که حاوی اطلاعات واقعی است. به بیانی دیگر، اشاره‌گری به آدرسی از حافظه هستند.
• انواع ارجاعی بصورت غیر مستقیم حاوی داده‌ها هستند.
• در بخشی از حافظه که به آن heap می‌گوییم، به آنها فضا اختصاص داده می‌شود.
• می‌توانند بصورت null (بدون مقدار) باشند.

انواع ارجاعی نیز به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند :
• انواع از پیش تعریف شده
Object,string,dynamic
• انواع تعریف شده توسط کاربر
class,interface,delegate

نکته : آدرس مکانی از حافظه که داده‌ها در آن قرار دارند، در بخش پشته یا Stack ذخیره می‌شود و داد‌ه‌ها در فضای heap ذخیره می‌شوند.
مثال :

 test obj; //allocating reference on stack
obj= new test(55);//allocating object on heap

نکته : دو متغیر از نوع ارجاعی می‌توانند به یک آدرس از حافظه اشاره کنند. در شکل زیر این موضوع نشان داده شده است.

در شکل زیر طبقه بندی نوع داده‌ها در سی شارپ نشان داده شده است :

• عملیات کپی در نوع داده مقداری
وقتی از یک متغیر مقداری را به یک متغیر دیگر تخصیص می‌دهیم، یک کپی جدید از آن در فضای stack ایجاد می‌شود. بدین معنی که محتوای دو متغیر یکسان هستند، ولی در دو بخش مجزای در حافظه‌ی Stack قرار دارند. به همین خاطر تغییر محتوای یک متغیر، محتوای متغیر دیگر را تغییر نمی‌دهد.
مثال :

 int a = 55;//declare a and initialize
int copya = a;//copya contains the copy of value a

دیاگرام حافظه کد بالا :

• عملیات کپی، در نوع داده‌ی ارجاعی

وقتی یک متغیر از نوع ارجاعی را به یک متغیر دیگر تخصیص می‌دهیم، دو اشاره‌گر در فضای Stack ایجاد می‌شود که به یک مقدار واحد در حافظه‌ی heap اشاره می‌کنند. آدرس‌های ذخیره شده‌ی در stack یکسان هستند.

مثال : در اینجا فرض بر این است کهtest یک کلاس تعریف شده‌ی توسط کاربر می‌باشد.

test obj;
obj=new test(23);
test objCopy;
objCopy = obj;

دیاگرام حافظه‌ی قطعه کد بالا به شکل زیر است :

تخصیص حافظه در بخش Stack و Heap به متغیر‌ها
سیستم عامل و net CLR. حافظه را به دو بخش stack و heap تقسیم بندی می‌کنند.

زمانی که یک متد را فراخوانی می‌کنیم، در بخش پشته به پارامتر‌های متد فضا تخصیص داده می‌شود و بعد از پایان کار متد، فضای اشغال شده‌ی بوسیله GC یا همان Garbage collection آزاد می‌شود.

تخصیص حافظه در Stack بر اساس قانون LIFO انجام و به ترتیب و پشت سر هم، حافظه تخصیص داده می‌شود. دیاگرام تخصیص حافظه به stack:

تخصیص حافظه در Heap بصورت تصادفی است؛ بر عکس پشته (stack) که به ترتیب و متوالی انجام می‌شد. انواع ارجاعی در Stack ذخیره می‌شوند؛ ولی داده‌ی واقعی در heap قرار می‌گیرد.

حافظه‌های پویا در بخش heap و حافظه‌های استاتیک در بخش stack تخصیص داده می‌شوند.

بررسی مفاهیم متغیرهای Value Type و Reference Type در سی شارپ

مطالب مشابه