为何调用Console.WriteLine(foo)时结构体Foo的value值未持续递增？

我知道这看起来很简单，但我就是无法理解原因。以下是相关代码：

static void Main(string[] args)
{
    var foo = new Foo();
    Console.WriteLine(foo);
    Console.WriteLine(foo);
    object bar = foo;
    object qux = foo;
    object baz = bar;
    Console.WriteLine(baz);
    Console.WriteLine(bar);
    Console.WriteLine(baz);
    Console.WriteLine(qux);
}
struct Foo
{
    public int value;
    public override string ToString()
    {
        value++;
        return $"{value}";
    }
}

这段代码的输出为：1 1 1 2 3 1。我想知道为何执行Console.WriteLine(foo)时变量value的值没有递增。

原因解析 #

核心问题出在Foo是值类型（struct），值类型的传递逻辑和引用类型完全不同：

• 调用Console.WriteLine(foo)时，该方法的参数是object类型，这会触发装箱操作：系统会创建一个新的object实例，把foo的当前值完整复制进去，然后调用这个装箱副本的ToString()方法。也就是说，每次调用Console.WriteLine(foo)，修改的都是副本的value，原变量foo的value始终是初始的0，所以两次输出都是1。

• 执行object bar = foo;时，同样触发装箱操作，把当前foo（value=0）的副本装箱为object实例，bar指向这个实例；object qux = foo;同理，生成另一个独立的装箱副本。而object baz = bar;是引用赋值，因为bar是引用类型（装箱后的object），所以baz和bar指向同一个装箱后的Foo实例。

• 后续的输出调用：

  • Console.WriteLine(baz)：调用共享实例的ToString()，value从0变为1，输出1；
  • Console.WriteLine(bar)：同一个实例，value变为2，输出2；
  • Console.WriteLine(baz)：同一个实例，value变为3，输出3；
  • Console.WriteLine(qux)：调用独立的装箱副本，value从0变为1，输出1。

这就完全对应了代码的输出结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nick