对象模型
虚幻引擎的应用层采用 C++/脚本混合开发的模式，而 Z# 是一个非完全基于 UObject 系统的脚本引擎，因此无法像蓝图一样将底层细节完全抽象掉。 这意味着 Z# 中存在一些蓝图不需要考虑的问题，理解成本会稍高于蓝图。
Z# 要求开发者对 UObject 和 .NET 的对象模型都有一定了解，并在此基础上理解 Z# 的对象模型。 这篇文章介绍了 Z# 的对象模型，包含 C++ 和脚本对象如何建立绑定，两侧的对象生命周期如何同步等话题。 了解这些内容可以帮助你有效避免使用 Z# 时出现一些诡异的内存问题。
共轭映射
脚本引擎最核心的职责是提供与宿主引擎互操作的能力，但托管代码无法直接理解非托管对象，非托管代码也无法直接理解托管对象。 因此，当一个对象需要同时被两侧访问时，就必须要做以下处理：
- 对象所在的侧直接访问对象本身，对象本身称为
原对象 (Primitive Object)，原对象的类型称为原类型 (Primitive Type)。 - 对象所在的对侧使用一个代理对象间接访问，代理对象称为
共轭对象 (Conjugate Object)，共轭对象的类型称为共轭类型 (Conjugate Type)。 - 存在一个原对象到共轭对象的高速双向映射，能够快速在原对象和共轭对象之间转换，这个转换操作称为
共轭映射 (Conjugate Mapping)。
虽然定义上没有限制原对象是属于托管侧还是非托管侧，但实践上所有需要共轭映射的类型都是非托管侧的。 这是因为两侧存在明确的层级关系，即非托管侧是托管侧的底层，因此非托管侧没有理由依赖托管侧的具体类型。
共轭生命周期
由于 UObject 和 .NET 都有垃圾回收机制，但两者却完全无法同步。不是原对象先于共轭对象销毁，就是共轭对象先于原对象销毁。
这也是 Z# 与蓝图最重要的区别。 蓝图中的任何对象和引用都依托于 UProperty （这种说法不准确，但可以大致这么认为），即使是局部变量。这意味着蓝图中的所有对象和引用都能正确被 GC 管理； 而 Z# 与 C++ 一样，存在孤立对象和引用，即 GC 看不到的对象和引用，比如栈上的、未注册到 GC 的堆上的、寄存器中的对象和引用。 孤立对象和引用的存在使得内存管理变得更加复杂。
在 C++ 中，误用孤立对象往往会导致未定义行为。但 Z# 作为一个脚本引擎，希望最大限度实现内存安全。
对此，Z# 的策略是让共轭对象永远不早于原对象销毁（热重载会破坏这个假设，但不在这里讨论）。 这样做的原因是，我们可以监听任何托管对象的销毁，但无法监听所有非托管对象的销毁。 对于无法精确控制的非托管对象，Z# 采用保守策略——只要满足被销毁的某个必要非充分条件，就提前将共轭对象标记为无效，进而杜绝一切空悬引用的出现。 这种策略会在一定程度上降低 Z# 的易用性，但安全性对于一个脚本引擎而言是绝对的，我们认为这个牺牲是值得的。
运行时，托管侧可以通过 IExplicitLifecycle.IsExpired 属性判断一个共轭对象是否失效。
Z# 选择将 UStruct 也实现为引用类型，因为 .NET 的值类型与 C++ 的对象语义并不等价，即使用值类型也无法正确实现拷贝和移动等操作。
共轭 对象的颜色
实际上，如果不做任何补偿机制，上述机制会造成非常大的不便。 例如：托管侧得到了一个 Vector 引用，但由于这个引用可能在任意时刻被标记为无效，想缓存它就不得不通过间接手段实现。
为了解决这个问题，Z# 引入了颜色的概念，按原对象的所有权将共轭对象进一步划分为 红色 和 黑色：
- 红色：所有权归属于 非托管侧，所有 UObject 都是红色，原对象被回收时将共轭对象标记为无效；其他共轭对象的有效期都可以粗略地视为与局部变量相同，即会在获取引用的方法返回后失效。
- 黑色：所有权归属于 托管侧，当且仅当共轭对象被销毁或显式释放时，原对象才会被连带销毁。
逻辑上，托管侧直接实例化的共轭对象是黑色的，其他情况下全是红色的；运行时，托管侧可以通过 IConjugate.IsBlack 属性判断一个共轭对象是否是黑色。
你可以直接缓存任何 UObject 引用，因为 UObject 共轭的有效期是精确绑定到原对象生命周期的；
除 UObject 外，所有共轭类型都实现了 ICloneable<T> 接口，你可以通过 Clone() 方法创建一个拷贝。
所有的共轭对象的拷贝都是黑色的，这意味着你可以缓存红色共轭的拷贝。
黑色共轭对象会被引擎视为 GC Root，这意味着它们内部的强引用，包括结构体的属性，通过 ARO 显式注册的引用，SubclassOf，ScriptInterface 和 FieldPath 指向的对象，以及容器的元素，都能正确被 GC 扫描到。
在黑色共轭对象释放前，它们引用的 UObject 不会被释放；如果你想要弱引用，则需要使用 WeakObjectPtr。
这与 UE GC 原本的行为是一致的。
考虑到这个特性对性能的影响比较大，我们预留了 ZSHARP_TREATS_BLACK_CONJUGATE_AS_GC_OBJECT 宏来开关这个特性。 但通常情况下，建议开启这个特性，并应该通过 Dispose() 及时释放黑色共轭这种安全的方式来避免给 GC 造成压力。 如果你认为它真的很影响性能，那么你可以关闭这个特性。 一旦你关闭这个特性，脚本将不再保证内存安全——它可能会造成崩溃。
共轭类型表
| 非托管类型 | 托管类型 | 分类 |
|---|---|---|
| UE Object | UnrealObject | User Type |
| UE Struct | UnrealScriptStructBase | User Type |
| FString | UnrealString | String |
| FUtf8String | UnrealUtf8String | String |
| FAnsiString | UnrealAnsiString | String |
| FName | UnrealName | String |
| FText | UnrealText | String |
| TSubclassOf | SubclassOf | Object Wrapper |
| TSoftClassPtr | SoftClassPtr | Object Wrapper |
| TSoftObjectPtr | SoftObjectPtr | Object Wrapper |
| TLazyObjectPtr | LazyObjectPtr | Object Wrapper |
| TWeakObjectPtr | WeakObjectPtr | Object Wrapper |
| TScriptInterface | ScriptInterface | Object Wrapper |
| TArray | UnrealArray | Container |
| TSet | UnrealSet | Container |
| TMap | UnrealMap | Container |
| TOptional | UnrealOptional | Container |
| FScriptDelegate | UnrealDelegateBase | Delegate |
| FMulticastScriptDelegate | UnrealMulticastInlineDelegateBase | Delegate |
| FSparseDelegate | UnrealMulticastSparseDelegateBase | Delegate |
| FFieldPath | FieldPath | Misc |