C# 資料類型完整指南：值類型、參考類型、裝箱拆箱與轉換規則

C# 型別系統概觀

C# 的型別系統分為兩大類別：值類型 與 參考類型。理解兩者在記憶體配置、複製行為與效能上的差異，是撰寫高效、正確程式碼的基礎。

值類型

值類型變數直接包含資料，儲存在 堆疊 上，具有固定長度。每個變數擁有獨立的資料副本，操作互不干擾。

基本型別

結構型別

使用 struct 定義，同樣屬於值類型，儲存在堆疊。適合輕量、不可變的資料結構。

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
    public string Label;
}

結構 vs 類別：結構為值類型（堆疊），類別為參考類型（堆積）。結構不支援繼承，但可實作介面。

列舉型別

使用 enum 定義具名常數集合，預設底層型別為 int。

enum Days { Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat }
enum Status { Low = 1, Medium = 5, High = 10 }

參考類型

參考類型變數儲存記憶體位址，實際物件配置在 受控堆積 上。多個變數可參考同一物件，修改會互相影響。

• 類別：class
• 介面：interface
• 陣列：所有陣列均為參考類型
• 委派：delegate
• 字串：string（不可變參考類型）

字串操作範例

string s = "Hello";
char c = s[1]; // 'e'
bool equal = (s == "Hello"); // 內容比較
int cmp = string.Compare(s, "World"); // -1/0/1

格式化輸出

int i = 123;
double d = 123.456;
Console.WriteLine(i.ToString("D8"));       // 00000123
Console.WriteLine(d.ToString("F2"));       // 123.46
Console.WriteLine(d.ToString("N"));        // 123.46 (含千分位)
Console.WriteLine((0.126).ToString("P"));  // 12.60%
Console.WriteLine(string.Format("i:{0,-7}, j:{1,7}", i, d));

陣列類型

一維陣列

string[] arr1 = { "C", "C++" };
int[] arr2 = new int[4] { 0, 1, 2, 3 };
int[] arr3 = { 5, 6, 7 };

多維陣列

int[,] matrix = { {0,1}, {2,3}, {4,5} };
int[,] m2 = new int[5, 3];

鋸齒陣列

string[][] jagged = new string[3][];
jagged[0] = new string[2] { "a", "b" };
jagged[1] = new string[3] { "c", "d", "e" };

型別轉換規則

• 隱含轉換：小範圍 → 大範圍（如 int → long），無資料遺失風險
• 顯式轉換：大範圍 → 小範圍（如 long → int），需加括號 (int)val，可能截斷資料
• 使用者定義轉換：透過 implicit/explicit 運算子多載

裝箱與拆箱

將值類型轉為 object（參考類型）稱為 裝箱；反之為 拆箱。

int i = 123;
object boxed = i;        // 裝箱：配置堆積記憶體、複製數值
int j = (int)boxed;      // 拆箱：檢查型別、複製回堆疊

效能提醒：頻繁裝箱/拆箱會增加 GC 壓力，建議使用泛型集合（List<T>）避免。

可為 Null 的值類型

C# 2.0 引入 Nullable<T>（簡寫 T?），允許值類型表達「無值」狀態。

int? count = null;
if (count.HasValue) Console.WriteLine(count.Value);
Console.WriteLine(count ?? 0); // null 聯合運算子