不學 JAVA 換學 C# 之覺得心累 - L1：ch8 方法的進階概念

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前言

參數使我們能夠在方法之間傳遞資料。C# 提供了多種參數類型，例如值參數、參考參數、輸出參數以及參數陣列。

  • 值參數：
    • 預設行為。
    • 方法會獲得值的複製。如果是值類型 (Value types)，會複製變數的值。如果是參考類型 (Reference types)，會複製記憶體位址。關於變數類型請參考資料型態。
  • 參考參數：
    • 以 ref 修飾註明。
    • 是取別名，重新指派會影響原始變數的資料。
    • 呼叫前需要初始化變數。
    • 方法中，不一定要修改資料。
  • 輸出參數：
    • 以 out 修飾註明。
    • 用於從方法中傳回資料，在呼叫前不需初始化變數。
    • 在方法中，一定要指派資料。
  • 參數陣列：
    • 以 params 修飾註明。
    • 允許傳入不固定數量的參數。

值參數 (Call/Pass by Value)

請先參考值 (value)、指標 (pointer/address)、參考 (reference)。

值類型 (Value types)

會複製變數的值。

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int x = 5, y = 10;
Swap(x, y);

void Swap(int a, int b)
{
    int tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
}

執行 Swap 方法 line 6 ~ 8 前。

記憶體位址 值 變數名稱
0x30 5 x
0x40 10 y
0x938 5 a
0x948 10 b

執行完 Swap 方法後。

記憶體位址 值 變數名稱
0x30 5 x
0x40 10 y
0x938 10 a
0x948 5 b

參考類型 (Reference types)

會複製記憶體位址。

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void ModifyArray(int[] numbers)
{
    for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
    {
        numbers[i] *= 2; // 每個元素乘以 2
    }
}

int[] arr = { 10, 20, 30, 40 };
ModifyArray(arr);

執行 line 9 後，產生變數 arr 並創造記憶體位址。

記憶體位址 值 變數名稱
0x30 0x748 arr
記憶體位址 值 變數名稱
0x748 10 arr[0]
0x758 20 arr[1]
0x768 30 arr[2]
0x778 40 arr[3]

執行 line 10，複製 arr 的值 0x748 給 numbers 並傳入 ModifyArray 方法中，因為 arr 和 numbers 都指向同一個記憶體位址，所以 arr[0] 也就是 numbers[0]，以此類推，並且每個元素乘以 2。

記憶體位址 值 變數名稱
0x30 0x748 arr
0x40 0x748 numbers
記憶體位址 值 變數名稱
0x748 20 arr[0] / numbers[0]
0x758 40 arr[1] / numbers[1]
0x768 60 arr[2] / numbers[2]
0x778 80 arr[3] / numbers[3]

如果我在 ModifyArray 中重新指派陣列，就不會影響到原始陣列。

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void ModifyArray(int[] numbers)
{
    numbers = new int[] { 3, 3, 3, 3 };
    for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
    {
        numbers[i] *= 2; // 每個元素乘以 2
    }
}

int[] arr = { 10, 20, 30, 40 };
ModifyArray(arr);

因為執行 line 3 時，將 numbers 的值從 0x748 換成 0x913，指向不同的陣列。

記憶體位址 值 變數名稱
0x30 0x748 arr
0x40 0x913 numbers
記憶體位址 值 變數名稱
0x748 10 arr[0]
0x758 20 arr[1]
0x768 30 arr[2]
0x778 40 arr[3]
記憶體位址 值 變數名稱
0x913 6 numbers[0]
0x923 6 numbers[1]
0x933 6 numbers[2]
0x943 6 numbers[3]

參考參數、輸出參數 (Call/Pass by Reference)

ref 參數修飾詞

若想要在呼叫方法中修改原始資料，可以使用參考參數 ref 。變數在呼叫前必須被初始化。

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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    static void UpdateValue(ref int value) {
        value += 10;
    }
    
    static void Main(string[] args)
    {
        int number = 5;
        UpdateValue(ref number);
        Console.WriteLine(number);
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// 15

out 參數修飾詞

如果變數會在方法內被設定，使用輸出參數 out。

變數在呼叫前不必初始化，但一定要在方法內被設定，否則拋出以下錯誤。

error CS0177: The out parameter `b’ must be assigned to before control leaves the current method

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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    static void GetValues(out int x, out int y) {
        x = 10;
        y = 20;
    }
    
    static void Main(string[] args)
    {
        GetValues(out int a, out int b);
        Console.WriteLine("a is {0}", a);
        Console.WriteLine("b is {0}", b);
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// a is 10
// b is 20

變數在呼叫前可以被初始化，但是會被忽略，傳不進方法中。

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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    static void OutValue(int a, out int b)
    {
        // int c = b; // 在設定 b 前，將 b 指派給 c，會產生錯誤
        b = 333;
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        int x = 500; // 就算有先給 value，但是無法將 value 傳進 method 中
        Console.WriteLine("x can be unassigned or have initialization {0}", x);
        OutValue(1, out x);
        Console.WriteLine("x is {0}", x);
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// x can be unassigned or have initialization 500
// x is 333

即使 x 在呼叫 OutValue 前被初始化成 500，但是 500 無法傳給 b，因此 line 9 會產生以下錯誤：

error CS0269: Use of unassigned out parameter `b’

使用 ref 回傳參考值

  • 在方法的回傳型態是 ref 型態，例：ref int，型態跟我想回傳參考的該變數一致。
  • return 前加上 ref。
  • 要接收回傳結果的變數的宣告型態前加上 ref。

限制：C# 覺得安全的參考才能回傳

主要是為了避免返回無效的參考，並確保程式執行的安全性與穩定性。

  • 可以被回傳
    • 被傳進方法的變數的參考。
  • 不可以被回傳
    • 方法內部定義的臨時變數 (局部變數) 的參考。
    • 方法內部產生的值 (例如：計算結果的臨時變數) 的參考。

例子一

以下的例子中，FindRefOfValue 方法是用來找到陣列中，值等於 target 的參考 (Reference)，並且回傳，讓某變數的參考等於該值，該變數就會是 target 的別名了。

在 line 21 ref FindRefOfValue(nums, 250) 去找陣列中值等於 250 的參考，也就是 nums[1] 的參考，並且回傳參考，指派給 result 的參考，result 即是 nums[1] 的別名。

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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    // 回傳型態 ref int，因為 numbers[i] 是 int 型態
    static ref int FindRefOfValue(int[] numbers, int target) { 
        for (int i = 0; i < numbers.Length; i++) {
            if (numbers[i] == target) {
                return ref numbers[i]; // return 前加上 ref
            }
        }
        throw new Exception("Value not found");
    }
    
    static void Main()
    {
        int[] nums = {150, 250, 350};
        // 變數 result 的宣告型態 int 前加上 ref
        ref int result = ref FindRefOfValue(nums, 250);
        result = 0;  // 修改值，這行也就是 nums[1] = 0;
        foreach (int num in nums)
        {
            Console.Write(num + ", ");
        }
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// 150, 0, 350,

例子二

在 line 19 ref UpdateBViaRef(ref b) 中會回傳 b 的參考，指派給 c 的參考，c 即是 b 的別名。

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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    // 回傳型態 ref int，因為 bb 是 int 型態
    static ref int UpdateBViaRef(ref int bb)
    {
        bb = 50;
        return ref bb; // return 前加上 ref
    }
    
    static void Main()
    {
        int b = 100;
        Console.WriteLine("Before UpdateBViaRef: b is {0}", b);
        // 變數 c 的宣告型態 int 前加上 ref
        ref int c = ref UpdateBViaRef(ref b); // 等同於下面這行
        // ref int c = ref b; // make a alias(c) of b // c 是 b 的別名
        Console.WriteLine("After UpdateBViaRef: b is {0}", b);
        Console.WriteLine("c is a alias of b (c 是 b 的別名). c is {0}\n", c);
        c = 30;
        Console.WriteLine("After updating c to 30: b is {0}, c is {1}\n", b, c);
        b = 10;
        Console.WriteLine("After updating b to 10: b is {0}, c is {1}\n", b, c);
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// Before UpdateBViaRef: b is 100
// After UpdateBViaRef: b is 50
// c is a alias of b (c 是 b 的別名). c is 50

// After updating c to 30: b is 30, c is 30

// After updating b to 10: b is 10, c is 10

多載 (Overloading)

不學 JAVA 換學 C# 之覺得心累 - L1：ch7 方法裡面有提到：具有相同名稱但參數型態、個數與順序不同的方法會被視為不同的方法，這被稱為多載 (Overloading)。

以下的例子中，line 1 和 lin 5 的方法是型態不同， lin 5 和 line 9 的方法是個數不同。

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void Print(int number) {
    Console.WriteLine(number);
}

void Print(string text) {
    Console.WriteLine(text);
}

void Print(string text1, string text2) {
    Console.WriteLine(text1, text2);
}

參數陣列

了解多載後就知道，如果我有一個方法，想要接收 2、5 或 10 個的參數，我就需要定義三個方法，第一個方法的參數列表有兩個，第二個方法的參數列表有五個，第三個方法的參數列表有十個，這樣太麻煩了，萬一要更多不固定數量的參數怎麼辦？因此就有了參數陣列。

使用 params 修飾詞來定義方法的參數，允許傳入不定數量的參數，這在需要處理多個不固定數量的參數時特別有用。

  • 只能有一個 params 參數，且必須是參數列表中的最後一個參數。
  • 傳遞給 params 參數的數值會被視為一個陣列。
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using System;

namespace HelloWorld;

class Program
{
    // params int[] numbers 必須是參數列表中的最後一個參數，不能在 string text 前面
    static void PrintNumbers(string text, params int[] numbers) {
        Console.WriteLine(text);
        foreach (int number in numbers) {
            Console.Write(number + ", ");
        }
        Console.WriteLine();
    }
    
    static void Main()
    {
        PrintNumbers("No any number param: ");
        PrintNumbers("Five params: ", 1, 2, 3, 4, 5);  // 1, 2, 3, 4, 5 被視為一個陣列
        Console.ReadLine();
    }
}

// 輸出：
// No any number param: 
// 
// Five params: 
// 1, 2, 3, 4, 5,

參考資料：
方法參數和修飾符號
Difference between Ref and Out keywords in C#