• const与readonly


          尽管你写了很多年的C#的代码,但是可能当别人问到你const与readonly的区别时候,还是会小小的愣一会吧~

          笔者也是在看欧立奇版的《.Net 程序员面试宝典》的时候,才发现自己长久以来竟然在弄不清出两者的情况下,混用了这么长的时间。的确,const与readonly 很像,都是将变量声明为只读,且在变量初始化后就不可改写。那么,const与readonly 这两个修饰符到底区别在什么地方呢?其实,这个牵扯出C#语言中两种不同的常量类型:静态常量(compile-time constants)和动态常量(runtime constants)。这两者具有不同的特性,错误的使用不仅会损失效率,而且还会造成错误。

          首先先解释下什么是静态常量以及什么是动态常量。静态常量是指编译器在编译时候会对常量进行解析,并将常量的值替换成初始化的那个值。而动态常量的值则是在运行的那一刻才获得的,编译器编译期间将其标示为只读常量,而不用常量的值代替,这样动态常量不必在声明的时候就初始化,而可以延迟到构造函数中初始化。

          当你大致了解上面的两个概念的时候,那么就可以来说明const与readonly了。const修饰的常量是上述中的第一种,即静态常量;而readonly则是第二种,即动态常量。那么区别可以通过静态常量与动态常量的特性来说明:

          1)const修饰的常量在声明的时候必须初始化;readonly修饰的常量则可以延迟到构造函数初始化

          2)const修饰的常量在编译期间就被解析,即常量值被替换成初始化的值;readonly修饰的常量则延迟到运行的时候

          此外const常量既可以声明在类中也可以在函数体内,但是static readonly常量只能声明在类中。

         

          可能通过上述纯概念性的讲解,对有些初学者有些晕乎。下面就一些例子来说明下:     

    using System;
    class P
    {
       
    static readonly int A=B*10;
       
    static readonly int B=10;  
        
    public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(
    "A is {0},B is {1} ",A,B);
        }
    }

          对于上述代码,输出结果是多少?很多人会认为是A is 100,B is 10吧!其实,正确的输出结果是A is 0,B is 10。好吧,如果改成下面的话:

    <!--

    Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)
    http://www.CodeHighlighter.com/

    -->using System;
    class P
    {
       
    const int A=B*10;
       
    const int B=10;  
       
    public static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(
    "A is {0},B is {1} ",A,B);
        }
    }

           对于上述代码,输出结果又是多少呢?难道是A is 0,B is 10?其实又错了,这次正确的输出结果是A is 100,B is 10。

           那么为什么是这样的呢?其实在上面说了,const是静态常量,所以在编译的时候就将A与B的值确定下来了(即B变量时10,而A=B*10=10*10=100),那么Main函数中的输出当然是A is 100,B is 10啦。而static readonly则是动态常量,变量的值在编译期间不予以解析,所以开始都是默认值,像A与B都是int类型,故都是0。而在程序执行到A=B*10;所以A=0*10=0,程序接着执行到B=10这句时候,才会真正的B的初值10赋给B。如果,你还是不大清楚的话,我们可以借助于微软提供的ILDASM工具,只需在Vs 2008 Command下输入ILDASM就可以打开,如下所示:

           

           

            分别打开上述两个代码编译后产生的可执行文件,如下图所示:

                          

                       static readonly可执行程序的结构                                                                const可执行程序的结构

            在上述两张图中都可以看到A与B常量,分别双击节点可以看出其中的差异:

                 

                       static readonly修饰的常量A                                                                      const修饰的常量A

       

              

                      static readonly修饰的常量B                                                                       const修饰的常量B

             从上图中可以看出,const修饰的常量在编译期间便已将A,B的字面值算出来了,而static readonly修饰的常量则未解析,所以在Main函数中有以下的区别:

                       

                                  static readonly程序的Main函数                                                            const程序的Main函数

          从Main函数中我们可以看出,const的那个程序的输出直接是100与10,而readonly在输出的时候确实P::A与P::B,即将A与B常量的值延迟到运行的时候才去确定,故输出是0与10。

          那么对于静态常量以及动态常量还有什么特性呢?其实,静态常量只能被声明为简单的数据类型(int以及浮点型)、枚举、布尔或者字符串型,而动态常量则除了这些类型,还可以修饰一些对象类型。如DateTime类型,如下:

          //错误

          const DateTime time=new DateTime();

          //正确

          static readonly DateTime time=new DateTime();

         上述错误在于不能使用new关键字初始化一个静态常量,即便是一个值类型,因为new将会导致到运行时才能确定值,与静态变量编译时就确定字面值有悖。    

          欧书上最后给出了对静态常量与动态常量之间的比较,如下表所示:     

         

    一、常数

      常数是一个表示恒定不变的值的符号,定义一个常数符号时,我们必须能够在编译时确定它的值。通过编译后,编译器将常数的值保存在其所定义模块的元数据内。这意味着常数的类型只能是那些编译器认为的基元类型。(注:因为只有基元类型的数据才能利用文本常数,在编译时直接进行初始化。而非基元类型的数据成员只能在运行时调用构造器来完成初始化。)另一个需要注意的是常数总被认为是类型(而非实例)的一部分,这在常数值恒定不变的含义下很容易理解。

         在C#中,下面的类型被称为基元类型,可以被用来定义常数:bool,char,byte,sbyte,decimal,int16,int32,int64,uint64,single,double,以及string。(注,枚举类型由于本身以基元类型新式存储,故也可以被用来定义常数,虽然它不是基元类型)。

      当使用常数符号时,编译器首先从定义常数的模块的元数据中查找出该符号,直接取出常数的值,然后将之嵌入到编译后的IL代码中。因为常数的值是直接嵌入到代码中的,所以常数的值是直接嵌入到代码中的,所以常数在运行时不再分配任何的内存分配。另外,我们也不能获取常数的地址,或者以引用的方式来传递一个常数。这些约束还意味着常数没有一个良好的跨模块版本特性。也就是说只有当确信一个符号的值永远不会改变时,才应该用常数来定义。

    首先将下面的代码编译成DLL程序集:

    <!-- Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware) http://www.CodeHighlighter.com/ --> namespace Com { public class Component { //注意:C#不允许为常数制定static关键字 //因为常数隐含是static public const int MaxEntriesInList = 600; } }

    引用上面得到的程序集,将下面的代码编译成一个应用程序:

    <!-- Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware) http://www.CodeHighlighter.com/ -->namespace TestCom { class Program { static void Main(string[] args) { Console.WriteLine(Com.Component.MaxEntriesInList); } } }

    上面的代码清晰的展示了常数所隐含的版本问题。如果我们把前面DLL程序集中MaxEntriesInList常数值修改为500后并重新编译该DLL程序集,后面的应用程序代码将不会受到任何影响。要获取新的常数值,我们必须重新编译应用程序(调试时按Ctrl+F5和直接按F5就可以看到区别,Ctrl+F5编译加运行,F5,不重新编译,直接运行),如果要求一个模块中的数值能够在运行时(而不是编译时)被另一个模块获取,那么就不应该使用常数。相反,我们应该使用只读字段(关于这个问题还可以查与effective C#关于const和readonly的区别那一章,个人感觉讲的特别的详细)。

    二、字段

      字段又称数据成员,它保存着一个值类型的实例、或者一个指向引用类型的引用。CLR支持类型(静态)和实例(非静态)两种字段。对于类型字段,系统在该类型被加载进入一个应用程序域时为其分配动态内存,这通常发生在引用该类型的方法第一次被JIT编译时。对于实例字段,系统在该类型的实例被构建时为其分配动态内存。

      因为字段是以动态内存的形式存储的,因此只能在运行时刻获取它们的值。字段也没有常数的版本问题,另外字段可以是任何类型,没有像常数那么的限制。

      CLR支持只读和读写两种字段。大多数字段都是读写字段,这意味着代码在执行过程中字段可以被多次赋值。但是只读字段只能在构造器中被赋值(构造器在对象初次创建时被执行,且只执行一次,值得注意的是构造器内部只读字段可以被多次赋值。这里所指的是实例只读字段和实例构造器,对于静态只读字段,则只能在静态构造器中赋值,静态构造器在该类型初次被引用时执行)。

      下面是用静态只读字段来解决”常数“的版本问题。新版DLL程序集如下:

    <!-- Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware) http://www.CodeHighlighter.com/ -->namespace Com { public class Component { //类型字段需要static关键字 public static readonly int MaxEntriesInList = 60000; } }

    这是唯一需要修改的地方,Program累无需改变。

      当将MaxEntriesInList值修改为20000时,并重新编译该DLL程序集。当再次执行Program时,输出将变为20000,值得指出的时,Program程序代码并没有被重新编译,仅仅是再次运行了一遍

    查看effective C#关于readonly和const总结:

    • readonly为运行时常量,const为编译时常量(上面代码已经证明);
    • 编译时常量被运行时常量快,性能好,但是缺乏灵活性(上面已经证明,编译时常量需要重新编译应用程序);
    • 编译时常量(const)仅限于数值和字符串(基元类型),C#不允许使用new来初始化一个编译时常量;
    • const修饰的常量默认是静态的(类型);
    • readonly修饰的字段可以在构造函数中被修改;
    • 使用const较之使用readonly的唯一好处就是性能
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