Wertetyp vs Refernztyp

In der prozeduralen und objektorientierten Programmierung wird zwischen Wertetypen und Referenztypen unterschieden.
Beispielsweise sind in den Programmiersprachen C# und Java primitive Datentypen, Enumeratoren und Strukturen Wertetypen. Klassenobjekte sind hingegen Referenztypen.
In C/C++ dienen Pointer (Zeiger) als Refernztyp, welche die Adresse speichert, die auf einen veränderbaren Wert verweist. Über den Pointer kann die Adresse dann von Funktion zu Funktion überreicht werden.
So kann aus jeder Funktion heraus, die den Zeiger zur Verfügung hat, der Wert verändert werden, auf den die Adresse zeigt. Der geänderte Wert ist über diese Adresse wieder abrufbar, von allen Funktionen aus, die die Refernz bekommen haben. Ein Zeiger in C ist also eine Referenz.

Ähnlich verhält es sich bei Klassenobjekten in C# und Java. Für diese wird ein Speicherplatz im Heap des Arbeitsspeichers angefordert, welcher sich über die Speicheradresse ansprechen und verändern (bzw. überschreiben) lässt. Auch die Klassenobjekte in C++ werden im Heap gespeichert.
Der Heap kann beliebig angesprochen werden, jedoch muss der Speicher bei Bedarf geordert und spätestens bei Programmende wieder freigegeben werden.
In C++ muss sich darum der Programmierer selbst kümmern; C#, Java und die meisten objektorientierten Skriptsprachen haben hierfür eine automatische Speicherbereinigung (Garbage Collector).

Wertetypen werden nicht über eine Speicheradresse an eine Funktion übergeben, sondern als Wert. Diese Werte werden kopiert und auf den Stack im Arbeitsspeicher gelegt.
Je mehr die Funktionsaufrufe verschachtelt sind, um so größer wird auch der Stack.
Diese Vorgehensweise ist durchaus sinnvoll, denn auf den Stack kann zwar nicht beliebig, sondern nur über das aktuellste (oberste) Stack-Element zugegriffen werden, da jedoch auch vor allem die
Funktionsvariablen (Parameter) benötigt werden, erfolgt der Zugriff daher i.d.R. sehr schnell.
Bei jeder Parameterübergabe mit Wertetypen werden die Werte daher kopiert und der Stack wächst. Die Werte sind (zumindest noch bei Funktionsaufruf) redundant auf dem Stack.
Werden die Parameter in der Funktion verändert, hat dies keine Auswirkungen auf die Variablen, welche außerhalb der Funktion als Parameter übergeben wurden.

In einigen Fällen ist es vom Programmierer erwünscht, dass auch Wertetypen innerhalb der Funktion geändert werden können. Wertetypen können als Referenz übergeben werden. Dann sind diese in C/C++ als Pointer zu übergeben, in C# und Java mit dem Schlüsselwort ref.

Ein Beispiel-Programm mit Funktionsaufrufen und Parameterübergaben als Werte- und Referenztyp:

[csharp] class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Program program = new Program();
}

public Program()
{
int a = 45;
int b = 34;

this.Sum(a, b);
Console.WriteLine(“a = ” + a.ToString() + “; b = ” + b.ToString());

this.Sum2(ref a, ref b);
Console.WriteLine(“a = ” + a.ToString() + “; b = ” + b.ToString());
}

// Normalfall: By Value – die Variable a kann nicht überschrieben werden
private void Sum(int param1, int param2)
{
param1 = param1 + param2;
}

// Sonderfall: By Reference – die Variable a wird überschrieben
private void Sum2(ref int param1, ref int param2)
{
param1 = param1 + param2;
}
}
[/csharp]

Ausgabe:

a = 45; b = 34
a = 79; b = 34

Die Ausgabe des Programms zeigt, dass nur die Methode mit der als Referenz übergebenen Parameter die Variablen im Konstruktor verändert.

Alternativ zum Schlüsselwort ref kann auch das Schlüsselwort out verwendet werden.
Während ein mit ref bezeichneter Parameter vor Paramterübergabe definitiv initialisiert werden muss damit er verwendet werden kann, initialisiert sich ein mit out bezeichneter Parameter bei Methodenaufruf selber und muss daher nicht im Vorfeld initialisiert worden sein.
Hiervon abgesehen besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen den Schlüsselwörtern ref und out, daher kann auch keine Überladung mit Unterscheidung dieser beiden Schlüsselwörter geschehen.

Boxing / Unboxing

Eine Konvertierung eines Wertetyps zu einem Referenztyp wird als Boxing bezeichnet. Unboxing ist die entgegengesetzte Konvertierung, also einer Referenz zu einem Wert. Dabei ist in C# und Java i.d.R. explizites Casting notwendig (Vorbestimmung des Datentyps zwischen einfachen Klammern).

[csharp] int a = 1548; // Wertetyp
object o = a; // boxing
int b = (int)o; // unboxing (mit Casting)
[/csharp]

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