C#中Config对象数组引用异常：多实例意外共享数组值

我们需要为板载的多个微控制器定义配置类Config，该类包含ConfigNum字段和长度为4的byte类型数组ConfigData。

第一种赋值方式：先创建Config实例再逐个赋值，运行完全正常。

第二种赋值方式：创建实例时用临时数组直接赋值给ConfigData，后续修改临时数组后，两个Config实例的ConfigData值意外同步变化，且无任何报错或警告，代码如下：

public class Config
{
    public byte ConfigNum { get; set; }
    public byte[] ConfigData { get; set; } = new byte[4];
}
static void Main()
{
    Config c0 = new Config();
    Config c1 = new Config();

    c0.ConfigNum = 11;
    c0.ConfigData[3] = 13;

    c1.ConfigNum = 22;
    c1.ConfigData[3] = 23;

    // 检查当前值
    Console.WriteLine(c0.ConfigNum); // 预期11
    Console.WriteLine(c0.ConfigData[3]); // 预期13
    Console.WriteLine(c1.ConfigNum); // 预期22
    Console.WriteLine(c1.ConfigData[3]); // 预期23

    // 尝试动态创建配置
    byte[] RConfigData1 = { 11, 12, 13, 14 }; // 创建临时数组

    Config c3 = new Config() // 用临时数组的值创建配置
    {
        ConfigNum = 55,
        ConfigData = RConfigData1
    };

    RConfigData1[3] = 24; // 修改临时数组的值

    Config c4 = new Config() // 再次用临时数组的值创建配置
    {
        ConfigNum = 66,
        ConfigData = RConfigData1
    };

    // 检查当前值
    Console.WriteLine(c3.ConfigNum); // 预期55
    Console.WriteLine(c3.ConfigData[3]); // 预期14但实际得到24
    Console.WriteLine(c4.ConfigNum); // 预期66
    Console.WriteLine(c4.ConfigData[3]); // 预期24
}

问题原因 #

数组是引用类型，当你将临时数组RConfigData1赋值给c3.ConfigData和c4.ConfigData时，并没有复制数组的内容，而是让这两个属性指向了同一个数组对象在内存中的地址。因此，修改临时数组的任何元素，都会同步影响所有指向该数组的引用对象。

解决方案 #

方案1：赋值时创建数组副本 #

在给ConfigData赋值时，通过Clone()方法创建数组的副本，避免共享同一引用：

Config c3 = new Config()
{
    ConfigNum = 55,
    ConfigData = (byte[])RConfigData1.Clone()
};

RConfigData1[3] = 24;

Config c4 = new Config()
{
    ConfigNum = 66,
    ConfigData = (byte[])RConfigData1.Clone()
};

方案2：修改Config类，自动处理数组副本 #

修改Config类的ConfigData属性，在setter中自动创建输入数组的副本，从根源避免外部引用污染：

public class Config
{
    public byte ConfigNum { get; set; }
    
    private byte[] _configData = new byte[4];
    public byte[] ConfigData
    {
        get => _configData;
        set => _configData = (byte[])value.Clone();
    }
}

这样无论外部传入哪个数组，Config实例都会保存自己的副本，后续修改原数组不会影响实例内的数据。

方案3：直接初始化新数组 #

每次创建Config实例时，直接初始化新的数组并赋值，不复用临时数组：

Config c3 = new Config()
{
    ConfigNum = 55,
    ConfigData = new byte[] { 11, 12, 13, 14 }
};

Config c4 = new Config()
{
    ConfigNum = 66,
    ConfigData = new byte[] { 11, 12, 13, 24 }
};

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Philip Ainsley