C# 資料型別完整指南：實值/參考/指標型別、型別系統、預設值、sizeof 與選擇指南

C# 是強型別語言，每個變數、運算式、方法參數/回傳值都有固定型別。理解型別分類、記憶體模型、預設值、大小、轉換規則，是寫出高效、正確程式碼的基礎。

型別分類總覽

內建實值型別完整表

sizeof 運算子

// 編譯期常數 (內建型別)
int size = sizeof(int);        // 4
int size2 = sizeof(DateTime);  // 8

// 結構體需 unsafe context (除非無參考欄位)
unsafe { int size3 = sizeof(MyStruct); }

參考型別詳解

object：所有型別的終極基底

object o = 42;       // 裝箱
object o2 = "hello";
object o3 = new int[] {1,2,3};
// 所有型別 (含實值型別裝箱後) 皆可指派給 object

dynamic：延遲繫結

dynamic d = "hello";
Console.WriteLine(d.Length); // 執行期解析，失敗拋 RuntimeBinderException
d = 42;
Console.WriteLine(d * 2); // 執行期解析
// 編譯期不檢查成員存取，類似動態語言

string：不可變字串

string s = "hello";
string s2 = @"C:\Path"; // 逐字字串
string s3 = $"{DateTime.Now}"; // 插值字串
// string 為參考型別，但行為類似值型別 (不可變、== 比較內容)

陣列、委派、介面

• 陣列：int[], string[,] 隱含繼承 System.Array
• 委派：Action, Func<T, TResult>, 自訂委派
• 介面：IEnumerable<T>, IDisposable 等

指標型別與不安全程式碼

僅在 unsafe 內容使用，直接操作記憶體位址：

unsafe {
    int i = 42;
    int* p = &i;          // 取得位址
    Console.WriteLine(*p); // 解參考
    
    int[] arr = {1,2,3};
    fixed (int* ptr = arr) { // 固定陣列不被 GC 移動
        for (int j = 0; j < 3; j++) Console.WriteLine(ptr[j]);
    }
}

用途：高效能互通、圖形處理、網路封包解析、與 C/C++ 互操作。現代替代方案：Span<T>, Memory<T>, Unsafe 類別。

型別系統核心概念

共同類型系統 (CTS)

定義所有 .NET 語言共用的型別規範：實值/參考型別、繼承規則、成員類型、存取修飾詞。

共同語言規範 (CLS)

CTS 子集，確保跨語言互操作：不使用無號整數、區分大小寫成員名、無指標等。

型別安全

編譯期 + 執行期防止型別錯誤：存取不存在成員、錯誤轉換、陣列越界皆會被攔截。

預設值與初始化

型別選擇指南

可為 Null 型別

// 實值型別包裝
int? nullableInt = null;
bool? flag = null;
DateTime? birthday = null;

// 參考型別 (C# 8+ nullable context)
string? nullableString = null;
List? nullableList = null;

// 底層結構
// public struct Nullable where T : struct {
//     public bool HasValue { get; }
//     public T Value { get; } // HasValue=false 時擲出
// }

最佳實踐

• 預設用 int/double/bool/string：除非有特定理由 (記憶體、精度、互操作) 才用其他型別。
• 金額必用 decimal：float/double 會產生 0.1 + 0.2 ≠ 0.3 等誤差。
• 大型結構體避免當參數傳值：用 in、ref、或改為 class。
• 啟用 Nullable Context：<Nullable>enable</Nullable> 讓編譯器協助防禦 NullReferenceException。
• 避免 unsafe/指標：除非效能分析證明必要，優先用 Span<T>/Memory<T>。
• 理解裝箱成本：熱路徑避免實值型別指派給 object/介面。

常見問題 FAQ

Q: string 是實值型別還是參考型別？

A: 參考型別 (繼承 object)，但行為像值型別：不可變、== 比較內容、預設值 null。

Q: 為什麼沒有 sizeof(bool)？

A: bool 在 CLI 規範中大小未指定 (通常 1 byte)。C# 允許 sizeof(bool) 但需 unsafe context。

Q: DateTime 是實值型別嗎？

A: 是，struct，8 bytes (ticks 長整數)。

Q: 什麼時候用 uint/ulong？

A: 位元操作、互通原生 API、CLS 合規性不需求時。公開 API 慣用 int/long。