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

string s1 = "Hello";
string s2 = s1; // s2 和 s1 引用同一个字符串对象
Console.WriteLine($"s1: {s1}, s2: {s2}"); // 输出：Hello, Hello

// 尝试“修改”s1 —— 实际上是创建了一个新字符串对象
s1 = s1 + " World";
Console.WriteLine($"s1: {s1}, s2: {s2}");
// 输出：s1: Hello World, s2: Hello (s2 仍然指向原字符串)

自定义不可变类 ImmutablePerson

public class ImmutablePerson
{
public string Name { get; }
public int Age { get; }

public ImmutablePerson(string name, int age)
{
Name = name;
Age = age;
}

// “修改”年龄：返回一个新对象
public ImmutablePerson WithAge(int newAge)
{
return new ImmutablePerson(this.Name, newAge);
}

public override string ToString() => $"{Name} ({Age})";
}

// 使用
var p1 = new ImmutablePerson("Alice", 30);
var p2 = p1.WithAge(31); // p1 保持不变，p2 是新对象
Console.WriteLine(p1); // Alice (30)
Console.WriteLine(p2); // Alice (31)

3.2 可变引用类型示例

使用 StringBuilder

StringBuilder sb1 = new StringBuilder("Hello");
StringBuilder sb2 = sb1; // sb2 和 sb1 引用同一个对象

Console.WriteLine(sb1); // Hello
Console.WriteLine(sb2); // Hello

// 修改 sb1
sb1.Append(" World");

// sb2 也受到影响，因为它们指向同一对象
Console.WriteLine(sb1); // Hello World
Console.WriteLine(sb2); // Hello World

自定义可变类 MutablePerson

public class MutablePerson
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }

public override string ToString() => $"{Name} ({Age})";
}

// 使用
var p1 = new MutablePerson { Name = "Bob", Age = 25 };
var p2 = p1; // p2 引用同一个对象

p1.Age = 26; // 修改 p1
Console.WriteLine(p1); // Bob (26)
Console.WriteLine(p2); // Bob (26) —— p2 也变了

4. 总结对比