Csharp补充知识点

注意

本文为C#补充知识点，面向Unity开发，不系统且不完整

一、ArrayList和List的主要区别？

非泛型集合ArrayList存在不安全类型（ArrayList会把所有插入其中的数据都当做Object来处理），装箱拆箱的操作（费时）。 List是泛型类，功能跟ArrayList相似，但不存在ArrayList的安全问题，其必须为同一类型的值更为规范，更适合日常的使用。

ArrayList存的是通用类型，涉及拆装箱操作；

二、拆箱与装箱

装箱(box)：将值类型转换为引用类型的过程
拆箱(unbox)：将引用类型转换为值类型的过程

注：只有装箱后才能拆箱装箱可以隐式转换，而拆箱必须显示转换

装箱过程

对值类型在堆中分配一个对象实例，并将该值复制到新的对象中。按三步进行。第一步：新分配托管堆内存(大小为值类型实例大小加上一个方法表指针（也称类型对象指针）和一个SyncBlockIndex同步块索引)。第二步：将值类型的实例字段拷贝到新分配的内存中。第三步：返回托管堆中新分配对象的地址。这个地址就是一个指向对象的引用了。

过程耗时耗空间所以应尽量减少拆装箱次数

三、同步块和同步块索引

在程序运行时，CLR 管理一个同步块数组。它是一个总共 32/64 位的多功能结构，其中，前 6 位的值提示访问者目前同步块索引的功能是什么，高 6 位就像 6 个开关，不同位的打开和关闭有着不同的意义。

它的用处非常广泛，例如线程同步和 GC 都会用到它，它还会储存对象的哈希码。

同步块索引在线程同步中用来判断对象是被使用还是闲置。

默认的情况是，同步块索引被赋予一个特殊的值, 一般是 -1，此时对象没有被线程独占。当一个线程拿到对象，并打算对其操作时，它会检查对象的同步块索引。

如果索引的值为特殊值，说明没有任何线程正在操作它，此时这个线程获得它的操作权，并在 CLR 的同步块数组中分配一个新的同步块给它，并将该块的索引值写入实例的同步块索引值中。

这时，如果有其他线程来访问该实例，它就不能操作这个实例了，因为它的同步块索引的值不为特殊值。

当独占的线程操作完之后，同步块索引的值被重设回特殊值。

四、类型对象指针（方法表指针）

类型对象指针是指向类型对象的引用。类型对象是反射的重要操作对象，实际上是 System.Type 的实例对象。类型对象中存有该类型的方法表和静态字段，创建之后就不会再改变，通过这个事实可以验证静态字段的全局性。

类型对象指针可以简单理解为 System.Type 获取的类型对象引用，其指向的是实际类型对象。

方法表记录了类型的所有方法，包括静态方法和实例方法。方法会在初次执行时，经由 JIT 编译为机器码，并将机器码存在内存之中，获得一个入口地址。

下次调用该方法时，直接跳到入口地址，无需再次编译。

注意所有对象内部均具有类型对象指针，普通对象指向其对应的类型对象，而类型对象的类型对象指针指向自身。每个对象均继承来自 Object 的 GetType() 方法，用来获取对象内部的类型对象指针。

五、C#内存布局和对齐

C# 的内存布局如下：

同步块索引
方法表指针（指向类型对象中的方法表）
类型的父类实例成员（静态成员存储在类型对象中）
类型自己的实例成员（静态成员存储在类型对象中）

同步块索引和方法表指针只在引用类型中有，在32位机器上占4字节，在64位机器上占8字节。

引用类型的内存分配从同步块索引开始，接着是方法表指针。每个引用类型都至少有这8个字节，接下来是类型的实例字段。

在32位机上，对象的字节数必须是4的倍数，而在64位机上，必须是8的倍数。CLR 会智能地合并可合并的字段以节省空间。

六、`sealed` 关键字的作用

sealed 修饰的类为密封类，防止其他类继承此类。
sealed 修饰的方法防止派生类重写此方法。

类似于 Java 的 final 关键字。

七、`private`，`public`，`protected`，`internal` 的区别

public: 对所有类和成员公开，任何地方都可以访问。
private: 仅对本类内部可见。
protected: 对该类及其派生类公开。
internal: 仅在同一程序集内访问。

八、`Interface` 与抽象类的区别

接口：
- 所有成员必须是 public abstract 类型。
- 只能包含抽象方法和属性成员。
- 支持多重实现。
抽象类：
- 可以有普通方法和字段。
- 可以包含 private 方法。
- 继承是单继承。

抽象类仍是类，可以封装成员方法，而接口是对外的行为规范，通常用于定义“我能做什么”的契约。

九、.NET 与 Mono 的关系

.NET 是一个开源的开发者平台，类似于 Java 虚拟机，可以运行其支持的多种语言下编写的程序。
.NET Framework 针对 Windows 平台的 .NET 实现。
.NET Core 和 Mono 支持跨平台开发。

FCL（框架类库）是 .NET 的类库实现，CIL（通用中间语言）是语言编译后的中间代码，CLR（公共语言运行时）则是执行 CIL 的环境。

十、C# 的堆和栈

栈：结构为后进先出，存放局部变量和方法参数，编译器自动释放。
堆：由 CLR 管理，存放引用类型的对象，当托管堆满了时自动进行垃圾回收。
栈：速度快，存储局部值类型和引用类型的引用。
堆：空间大，由 GC 程序管理，存放引用类型的对象。

十一、结构体和类的区别

语法层面：

结构体不能继承，而类可以。
结构体是值类型，类是引用类型。
结构体无法声明无参数构造函数。
结构体在堆栈中分配，类在堆中分配。

结构体适合轻量级对象如点和颜色，而类适合更复杂的对象。对于频繁传递的对象，如果只需一份，建议使用类；若需要复制，则可考虑使用结构体。

十二、`ref` 参数和 `out` 参数的区别

ref参数：当一个参数作为ref参数传递时，要求在方法调用之前就初始化该参数。通过ref传递的是引用，而不是值，因此方法可以更改传递进来的变量的值。

out参数：与ref参数类似，但out参数在传递之前不需要被初始化。在方法内，必须对out参数进行赋值，才能在方法调用结束后返回值。

区别：

ref参数要求在调用前必须初始化，而out参数则不要求在调用前初始化。
out参数必须在方法内部赋值，否则编译器会报错。示例：

void ExampleMethod(ref int refParameter, out int outParameter)
{
    refParameter = 10; // ref 参数传递进来时已初始化
    outParameter = 20; // out 参数必须在方法内部赋值
}

十三、GC垃圾回收机制的工作原理

垃圾回收器（GC）是负责自动回收不再使用的对象，避免内存泄漏的机制。C# 的GC采用了分代回收的机制，将托管堆划分为三个代（0代、1代、2代）。GC主要负责以下工作：

分代管理：0代是最新分配的对象，1代和2代是经过一次或多次垃圾回收仍存活的对象。
标记清除：GC通过“根对象”（例如局部变量、静态字段等）追踪哪些对象仍在使用，然后将未被引用的对象进行清除。
压缩内存：GC在清除无用对象后，会将存活的对象进行内存压缩，减少内存碎片。

GC 的回收过程分为几个步骤：

标记阶段：标记出哪些对象是可达的（仍被引用），哪些是不可达的。
清除阶段：清除所有不可达的对象，释放它们占用的内存。
压缩阶段：在堆上重新排列剩余的对象，释放连续的内存块。

C#的GC机制使得开发者不必手动管理内存，但仍然需要注意避免无意的内存泄漏，例如长时间存在的对象引用（静态变量等）。

十四、值类型和引用类型的区别

值类型：包括基本类型（如int、float）、struct和enum，它们在内存中存储的是实际的值，值类型变量直接包含其数据，并存储在栈中。当值类型被赋值或传递时，会创建它的一个副本，互不影响。
引用类型：包括类（class）、接口（interface）、数组和delegate等，存储在堆内存中，引用类型的变量存储的是对象的地址。通过引用类型传递的是对该对象的引用，多个引用可以指向同一个对象。

十五、什么是委托和事件？

提醒

已成为独立文章，点击前往

十六、C#中的接口是什么？如何实现接口？

接口是一种定义了行为的契约，用于规定实现该接口的类或结构体必须实现的成员（方法、属性、事件或索引器）。接口定义了行为的规范，但不提供具体的实现细节。类或结构体可以通过实现接口中的成员来具备这些行为。

接口的定义和实现：

public interface IMyInterface
{
    void DoSomething();
    int MyProperty { get; set; }
}

public class MyClass : IMyInterface
{
    public void DoSomething()
    {
        Console.WriteLine("Doing something...");
    }
    
    private int myValue;
    public int MyProperty
    {
        get { return myValue; }
        set { myValue = value; }
    }
}

实现接口后，类必须提供接口中所有成员的具体实现。接口可以让类具备多种行为，C#还允许一个类实现多个接口。

十七、什么是抽象类？与接口的区别是什么？

抽象类是一种不能直接实例化的类，它可以包含抽象成员（没有实现的方法）和具体实现的成员。抽象类通常用于定义一类事物的通用特征，并且要求子类提供某些特定行为的实现。

抽象类的定义：

public abstract class MyBaseClass
{
    public abstract void AbstractMethod();  // 抽象方法
    public void ConcreteMethod()            // 具体方法
    {
        Console.WriteLine("This is a concrete method.");
    }
}

子类必须实现抽象方法：

public class DerivedClass : MyBaseClass
{
    public override void AbstractMethod()
    {
        Console.WriteLine("Abstract method implemented.");
    }
}

注意

如果不重写，那么子类也为抽象类，无法实例化；

抽象类与接口的区别：

抽象类可以包含具体实现的方法，而接口中的所有方法默认都是抽象的（C# 8.0允许接口定义默认实现，但通常仍然用作行为约定）。
一个类只能继承一个抽象类，但可以实现多个接口。
抽象类可以包含字段、构造函数、属性等，而接口不能包含字段或实现构造函数。
抽象类更适合用来表示一种“是”的关系（比如Dog是Animal的一种），接口则用来表示一种“能”的能力（比如Dog能Bark）。

十八、什么是多态性？如何在C#中实现多态？

多态性是面向对象编程中的一个核心特性，它允许同一方法在不同对象上有不同的表现形式。C#中的多态性可以通过虚方法、抽象方法、接口等来实现。

C#实现多态性有两种主要方式：

方法重写（覆盖）：通过在基类中定义虚方法（virtual），并在派生类中通过override关键字重写方法。
接口多态性：通过实现同一接口的不同类，实现同一方法的不同行为。

十九、什么是封装？C#中如何实现封装？

封装是将对象的状态（数据）和行为（操作）隐藏在类的内部，只对外暴露必要的接口。通过封装，类的内部实现细节对外部用户是不可见的，从而保证了类的可维护性和安全性。

C#中通过访问修饰符实现封装：

public：成员可以在任何地方访问。
private：成员只能在类的内部访问。
protected：成员可以在类的内部和派生类中访问。
internal：成员只能在同一个程序集内访问。

通过这种方式，name字段被封装起来，只能通过Name属性进行访问。

二十、什么是协变和逆变？

协变和逆变用于处理泛型委托和泛型接口中的类型兼容性。它们允许将某些类型转换规则应用于接口或委托的类型参数，从而增强类型灵活性。

协变（Covariance）：允许你将派生类对象赋给泛型接口的基类对象。协变应用于返回类型，使用out关键字标识。
逆变（Contravariance）：允许你将基类对象赋给泛型接口的派生类对象。逆变应用于参数类型，使用in关键字标识。

通过协变和逆变，可以在泛型委托和接口的不同类型间实现更灵活的类型转换。

一、ArrayList和List的主要区别？​

二、拆箱与装箱​

三、同步块和同步块索引​

四、类型对象指针（方法表指针）​

五、C#内存布局和对齐​

六、sealed 关键字的作用​

七、private，public，protected，internal 的区别​

八、Interface 与抽象类的区别​

九、.NET 与 Mono 的关系​

十、C# 的堆和栈​

十一、结构体和类的区别​

十二、ref 参数和 out 参数的区别​

十三、GC垃圾回收机制的工作原理​

十四、值类型和引用类型的区别​

十五、什么是委托和事件？​

十六、C#中的接口是什么？如何实现接口？​

十七、什么是抽象类？与接口的区别是什么？​

十八、什么是多态性？如何在C#中实现多态？​

十九、什么是封装？C#中如何实现封装？​

二十、什么是协变和逆变？​