類型本質---進階編程篇（二）
我們在學習一門新的編程語言時，永遠都繞不開變量類型和控制語句，這兩大塊是一個程序的基本構成方式，而且我們也知道構成計算機數據的一切本質其實都是0和1，比如你運行的程序是0和1組成的，你播放的一首歌也是0和1組成的，你看的電影也是0和1組成的，所以一個數據對象肯定也是0和1組成的，一個數據對象沒有類型是沒有辦法想象的，同樣是4個字節的數據，以int，uint，float來看待都是不一樣的結果，也就是如果我們設置的數據類型和讀取的數據類型不一致時，絕大多數情況都會導致意外發生。
本篇文章將會從兩個不同的方面來解釋，第一個就是數據的本質，作為程序員不得不知道數據本質和類型背後的內容。
數據的本質
我們已經非常習慣的使用基本的數據類型，比如bool,byte,short,ushort,int,uint,long,ulong,float,double,string等等，這就是常用的大部分類型。比如我們寫了int i=0；那麽請你用二進制來表示這個數據，一般只要學習過計算機原理的人都比較容易就可以寫出0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000_0000，因為是32位的數據，所以必須這麽寫，這還是相對好理解的，如果是-1呢，學過計算機的都知道，通常在計算機中，負數采用補碼的形式來存儲，也就是1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111_1111，為什麽會是這個數據，一定要搞清楚，因為這個數據+1=0，而且更關鍵的是，這個二進制的數據只有在int下面才表示-1，如果是uint呢，表示多少？就是2^32-1，所以我們可以得出結論，相同的數據在不同的類型下，表示的數據是不一樣的。
所以說，類型是什麽？類型規定了生成和解析數據的規則，以便我們得到準確的數據，再比如float類型
1 float i = 1;
2 int j = BitConverter.ToInt32(BitConverter.GetBytes(i), 0);
這兩行代碼就是將float的i的真實數據byte[]，用int去解析的話會得到什麽，j=1065353216；這個數據和原來的1真是風馬牛不相及啊。因為整數的存儲機制我們還算比較好理解的，但是計算機只有0和1，想要存小數確實挺困難的，所以采用了一個整數+一個指數的方式來存儲，比如0.1=1*10^(-1)，那麽0.1就可以用坐標（1，-1）來標識，想要更深入的了解浮點數的存儲規則，可以查看相關的知識。
下面來看一個實際的基本應用，在實際的開發中，我們會碰到一些問題，比如數據的簡單存儲，我們需要將數據存儲到本地的一個文件中，一般的C#教程上都只是介紹了txt文件的讀寫，並沒有針對實際開發提出有用的見解。所以此處我們假設我們需要存儲10000個數據，沒有數據都是0-100的整數，剛開始學習編程的時候比較容易想到下面的方法：
1 //生成一個隨機0-100的10000個數據
2 int[] data = new int[10000];
3 Random r = new Random();
4 for (int i = 0; i < 10000
讀取數據的時候就反其道而行，一行行的讀取，讀取一行就將字符串轉化成int，這種方式讀取比較慢，而且數據存儲浪費了硬盤空間，我們查看這個文件的大小發現，
還是占了38.1KB（這個是實際的數據，占用空間是指數據消耗掉的容量）的數據，以下是經過改良的版本：
1 System.IO.FileStream fs = new System.IO.FileStream(@"D:\123.txt", System.IO.FileMode.Create);
2 for (int i = 0; i < 10000; i++)
3 {
4 fs.WriteByte(BitConverter.GetBytes(data[i])[0]);5 }
6 fs.Dispose();
因為我們的數據都是0-100的，所以我們就存儲一個字節的數據即可，這樣解析的時候更加的快速，文件本身的大小也縮小到了10K，雖然直接打開txt會出現亂碼（因為此處我們寫的數據本來就不是字符串）。10000字節差不多就是10K的樣子，那麽我們還有沒有可能在縮小所存儲的數據呢？答案當然是可以的，此處就使用了一種簡單的壓縮方式，假設數據存儲的順序沒有關系，那我們在存儲的時候，一共也就101種數據，每種數據出現0-10000次，而已，每個數據可以表示成 數據+重復次數來表示，因為重復次數不清楚，所以需要2個字節來表示，那麽每個數據占用3個字節，101*3共占用了303個字節，你看我們就把數據壓縮到了0.3K大小，只是在讀取數據時需要根據存儲規則來反解。
所以我們在提取重復次數的時候，一般比較容易想到的是這樣的代碼：
1 //生成一個隨機0-100的10000個數據
2 int[] data = new int[10000];
3 Random r = new Random();
4 for (int i = 0; i < 10000; i++)
5 {
6 data[i] = r.Next(0, 101);
7 }
8
9
10 short[] repeat = new short[101];//因為最多重復一萬次而已
11 for (int i = 0; i < 101; i++)
12 {
13 short count = 0;
14 for (int j = 0; j < 10000; j++)
15 {
16 if (data[j] == i) count++;
17 }
18 repeat[i] = count;
19 }
這麽寫代碼有個問題，如果不是10000個數據呢，而是1000000個呢，那麽計算重復次數的代碼就會非常耗時，我們可以對data進行排序再進行高效的分析，這個就是後話了。同理對於其他的float，double都是一致的效果。
關於兩套類型
不知道大家在學習C#的時候，會不會碰到這樣的情況，定義一個int時，還有另一種Int32，所以此處列舉所有對應的類型。
1 sbyte ==== System.SByte
2 byte ==== System.Byte
3 short ==== System.Int16
4 ushort ==== System.UInt16
5 int ==== System.Int32
6 uint ==== System.UInt32
7 long ==== System.Int64
8 ulong ==== System.UInt64
9 char ==== System.Char
10 float ==== System.Single
11 double ==== System.Double
12 bool ==== System.Boolean
13 decimal ==== System.Decimal
14 string ==== System.String
15 object ==== System.Object
16 dynamic==== System.Object
使用的效果上，兩個是完全等價的，編譯後的結果也是一致的，給我們的感覺就是這裏有兩套不同的命名方式，有些地方用第一套，有些地方用第二套，相對比較亂，原理是第二套的類型是FCL中原生支持的，也叫基元類型，而第一套類型是C#編譯器提供一個等價的寫法而已，從我們學習C語言的基礎來看，左邊這套命名似乎更加的符合我們的習慣，但是碰到下面的情況又有點尷尬：
1 byte[] data = new byte[4];
2
3 //寫法一
4 int i = BitConverter.ToInt32(data, 0);
5 float f = BitConverter.ToSingle(data, 0);
6
7 //寫法二
8 Int32 j= BitConverter.ToInt32(data, 0);
9 Single g = BitConverter.ToSingle(data, 0);
第一種寫法看上去總有點怪怪的，第二種寫法閱讀起來更加的舒適，實際中具體使用哪個根據自身的情況來選擇，微軟建議是用第一套，但是有些書籍推薦第二套。
類型背後的東西
上面的一切一切都讓我們以為int i=0；i就真的只是一個4個字節的數據而已，因為我們在使用的過程中從沒有發現其他東西，如果不是自己看書學習，或是從別人那裏得知，就根本不會知道沒有對象還包含了另外兩個數據塊，同步索引塊和類型對象指針，這兩個數據塊構成了整個CLR的基礎，為什麽這麽說呢，首先我們考慮第一個問題：
如果我寫了個靜態的int變量，就可以在程序的任何地方（可以在不同的線程）進行引用，獲取，設置值而不用擔心其他問題，比如競爭問題。不要思考也還好，一旦要去考慮這個問題的答案，背後就隱藏了一個極大的秘密，對象數據的本質。我們在實例化一個對象後，如下
1 puclic class class1
2 {
3 public static int i=0;
4 }
這行代碼不僅僅只是生成了一個4個字節的變量數據，準確的說，對象i的數據部分確實是4個字節而已，但是對象本身絕對不是4個字節的問題，它還有另外兩個非常重要的數據對象，叫同步索引塊和類型對象塊，而其中的同步索引塊就控制了類型在同一瞬間只能進行一次設置，我們知道數據都是01組成，我們在執行i=0xffffff時，在另一個地方剛好獲取i的值，這樣就避免了萬一設置到一半（i=0xff0000），我們就獲取到了錯誤的值的可能性。
第二個有意思的問題是對象其實知道它自己的類型，這真的是一個很有意思的東西，如果上述的 i 只有4個字節的byte數據，那根本判斷不出來數據類型，現在我們可以調用i.GetType()來獲取i本身的類型，你可能會覺得這玩意到底有什麽用，我自己定義的i我還不知道他是什麽類型嗎？事實上用處大了，我先說明有什麽用處，在說明原因。正是因為對象自己知道自己的類型，才能執行一些類型的轉換，強制轉換也好，隱式轉換也罷，C#所有的轉換建立在這個基礎之上的，再看下面的代碼：
1 int i=0;
2
3 object obj=(object)i;
4
5 string m=(string)obj;
在第二行代碼中，因為編譯器知道object是所有類的基類，所以可以轉化，但是obj對象的類型真的是object嗎？答案是不一定的，因為object是所有類的基類，所以obj理論上來說可以是任何類型，此處你可以獲取類型來確認，obj其實是int類型。正是因為int類型和string類型不存在繼承關系，所以第三行代碼報錯。
上面也說了另一個數據塊是類型對象指針，說明它會指向一個對象，而這個對象是關於類型的對象，該對象就是在CLR加載程序的時候創建的，我們可以通過類型對象來獲取到更多有用的數據，這部分內容主要涉及到反射技術，將在以後有機會說明。
string類型特點
string類型有個非常大的特點，字符串是不易變的，所以剛開始寫代碼的時候容易會犯這樣的錯誤（其實也不算錯誤，至少運行仍然可以運行）
1 string str = "";
2 for (int i = 0; i < 10000; i++)
3 {
4 str += "1";
5 }
雖然結果上來說，str最終是長達一萬個長度的1組成的，但是這麽寫的效率非常的差，如果你定義了一個字符串string m="123456"，它就傻傻的呆在一個內存塊中，不會變化，直到被清除為止，所以上述的代碼需要不停的重新分配和刪除，實際的性能非常差，應該避免這種情況。關於string類型最難的就是本地化了，雖然大多數的程序員都不太關心這個問題，因為大多數的程序都只是給一個特定語言使用的，比如說中文，比如說英文，所以此處就簡單的提個例子，即時兩個看著不同的string，因為語言文化不一致，在比較相同的時候也是可能相同的。
數據重疊問題
雖然這個技術實際中很少碰到，但是用到的時候就特別合適，它允許數據區域進行重疊，比如和int數據和byte數據，結果就是更改了一個，另一個也會改變，代碼如下：
1 [System.Runtime.InteropServices.StructLayout(System.Runtime.InteropServices.LayoutKind.Explicit)]
2 public class SomeValType
3 {
4 [System.Runtime.InteropServices.FieldOffset(0)]
5 public byte ValueByte = 0;
6 [System.Runtime.InteropServices.FieldOffset(0)]
7 public int ValueInt = 0;
8 [System.Runtime.InteropServices.FieldOffset(0)]
9 public bool ValueBool = false;
10 }
也可以自己寫寫代碼，測試測試，還是相當有意思的。
類型本質---進階編程篇（二）