C#中ref和out的原理

去年在CSDN上写的，现在把它搬过来。

一、引发问题

用了那么久的 ref 和 out,你真的了解它们是如何使得实参与形参的值保持同步的吗？

二、研究前提

要研究这个问题，前提是要了解 C# 中方法间参数是如何传递的：

1.CLR支持两种类型：值类型和引用类型。

? ? ?a. 值类型：值一般保存在线程栈上，作为类对象的字段时保存在堆上。

? ? ?b. 引用类型：对象实例保存在堆上，引用保存在线程栈上，值类型可以通过装箱变为引用类型。

 1 //表示引用类型
 2 class Ref
 3 {
 4     private int _x;
 5     public int X
 6     {
 7         get => _x;
 8         set
 9         {
10             _x = value;
11         }
12      }
13 }
14 
15 static void TestValAndRef()
16 {
17     //第一部分
18     int a1 = 5;
19     var ref1 = new Ref()
20     {
21         X = 5
22     };
23 
24     //第二部分
25     int a2 = a1;
26     a2 = 10;
27     var ref2 = ref1;
28     ref2.X = 10;
29 }

上述代码执行时变量的存储情况：

2.参数传递方式分为传值和传引用两种。

3.对于CLR来说，使用out和ref都会生成相同的IL代码，并且元数据除了一个bit（用于记录声明方法时指定的是out还是ref）外，完全一致。

 1 //测试ref
 2 static void TestRef(ref Ref r)
 3 {
 4     r = new Ref()
 5     {
 6         X = -1
 7     };
 8 }
 9 
10 //测试out
11 static void TestOut(out Ref r)
12 {
13     r = new Ref()
14     {
15         X = -1
16     };
17 }
18 
19 static void Main(string[] args)
20 {
21     var ref1 = new Ref()
22     {
23         X = 10
24     };
25 
26     TestRef(ref ref1);
27     TestOut(out Ref ref2);
28 }

以上代码编译出来的IL为：

可以看到，TestRef和TestOut方法对应的IL完全相同！

4.在CLR中，方法的参数以及返回值都是通过栈来保存的，这些形参虽然表示的东西和实参看起来时一致的，但是实际上是分开存储的，即形参和实参是两个不同的变量。

三、研究问题

1.CLR默认所有方法参数传递方式都是传值：

? ? a.对于值类型来说，传递的是值的副本。例如线程栈中 a1 的值：5。

? ? b.对于引用类型来说，传递的是对象的引用，而引用本身是传值的，调用方法内用形参把引用存起来，如果在调用方法内部更改了形参内保存的引用(new一个新对象或用对其赋另一个对象)，那么该形参就与实参断了联系，随后的修改对实参不起作用；但如果引用未被改变的情况下进行了更改，实际上就是对实参进行的更改。例如线程栈中 ref1 的值：类型对象的引用。

2.当使用了ref或out后，C#传值方式就变为了传引用，类似于 C 中的 &a1，我想这里的&就是对应的ref和out吧：

? ? a.对于值类型来说，传递的是对值的引用（可以理解为值的地址，类似于引用类型的传值方式）=> &形参，去掉&，剩下的形参实际上就是实参，所以这个形参中保存的引用永远不会被改变，也就是始终更改的是实参的值。例如对线程栈中 a1 的引用。

? ? b.对于引用类型来说，传递的是对变量的引用（可以理解为指向实例对象引用的栈地址的引用，通俗的讲就是对象的引用是保存在栈的某个地址上，这里传递的就是对于该地址的引用）=> ?&形参，这样就保证了调用方法内部使用的就是实参对象，而不是其引用的副本，所以任何更改都是对实参进行更改的。例如对线程栈中 ref1 的引用。

?

疏漏之处在所难免，如果有理解不对的地方请在下方留言，谢谢！