C# 可变引用类型和不可变引用类型

引用类型（class）的实例存储在托管堆上，变量保存的是对象的引用。根据对象创建后其状态是否允许被修改，可以将引用类型分为可变（Mutable）和不可变（Immutable）两类。

1. 可变引用类型

定义：对象创建后，其内部状态（字段、属性）可以被修改。
特点：

• 可以通过公开的 setter 或方法更改属性值。
• 同一对象在不同时间点可能呈现不同状态。
• 多线程环境下需要同步机制保证线程安全。
• 容易产生副作用，因为多个引用可能指向同一对象，一处修改会影响所有引用。

示例：StringBuilder、List<T>、自定义的带有 setter 的类。

2. 不可变引用类型

定义：对象一旦创建，其内部状态就完全确定，且在整个生命周期内不会发生任何变化。
特点：

• 通常所有字段都是只读的（readonly），且只能在构造函数中初始化。
• 不提供修改内部状态的方法（无 setter，无改变字段的方法）。
• “修改”操作会返回一个新的实例，原实例保持不变。
• 天然线程安全，可自由共享而无需同步。
• 便于缓存、哈希键等场景（因为状态固定，哈希值不变）。

示例：string（字符串连接等操作返回新字符串）、System.Uri、System.DateTime（虽然它是值类型，但也是不可变的）、自定义的不可变类。

3. 代码示例

3.1 不可变引用类型示例

使用 string

1string s1 = "Hello";
2string s2 = s1;          // s2 和 s1 引用同一个字符串对象
3Console.WriteLine($"s1: {s1}, s2: {s2}"); // 输出：Hello, Hello
4
5// 尝试“修改”s1 —— 实际上是创建了一个新字符串对象
6s1 = s1 + " World";
7Console.WriteLine($"s1: {s1}, s2: {s2}"); 
8// 输出：s1: Hello World, s2: Hello   (s2 仍然指向原字符串)

自定义不可变类 ImmutablePerson

1public class ImmutablePerson
2{
3    public string Name { get; }
4    public int Age { get; }
5
6    public ImmutablePerson(string name, int age)
7    {
8        Name = name;
9        Age = age;
10    }
11
12    // “修改”年龄：返回一个新对象
13    public ImmutablePerson WithAge(int newAge)
14    {
15        return new ImmutablePerson(this.Name, newAge);
16    }
17
18    public override string ToString() => $"{Name} ({Age})";
19}
20
21// 使用
22var p1 = new ImmutablePerson("Alice", 30);
23var p2 = p1.WithAge(31);    // p1 保持不变，p2 是新对象
24Console.WriteLine(p1);       // Alice (30)
25Console.WriteLine(p2);       // Alice (31)

3.2 可变引用类型示例

使用 StringBuilder

1StringBuilder sb1 = new StringBuilder("Hello");
2StringBuilder sb2 = sb1;          // sb2 和 sb1 引用同一个对象
3
4Console.WriteLine(sb1); // Hello
5Console.WriteLine(sb2); // Hello
6
7// 修改 sb1
8sb1.Append(" World");
9
10// sb2 也受到影响，因为它们指向同一对象
11Console.WriteLine(sb1); // Hello World
12Console.WriteLine(sb2); // Hello World

自定义可变类 MutablePerson

1public class MutablePerson
2{
3    public string Name { get; set; }
4    public int Age { get; set; }
5
6    public override string ToString() => $"{Name} ({Age})";
7}
8
9// 使用
10var p1 = new MutablePerson { Name = "Bob", Age = 25 };
11var p2 = p1;      // p2 引用同一个对象
12
13p1.Age = 26;      // 修改 p1
14Console.WriteLine(p1); // Bob (26)
15Console.WriteLine(p2); // Bob (26)   —— p2 也变了

4. 总结对比

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