C#详解struct和class的区别

简单来说,struct是值类型,创建一个struct类型的实例被分配在栈上。class是引用类型,创建一个class类型实例被分配在托管堆上。但struct和class的区别远不止这么简单。

概括来讲,struct和class的不同体现在:

● class是引用类型,struct是值类型,所有他有值类型和引用类型的区别特征,参见《C#值类型和引用类型的区别》

● class的实例创建是在托管堆上,struct实例创建是在栈上

● class实例的赋值,赋的是引用地址,struct实例的赋值,赋的是值

● class作为参数类型传递,传递的是引用地址,struct作为参数类型传递,传递的是值

● class 的默认访问权限是private,而struct的的默认访问权限public

● struct不能显式地声明无参数构造函数(默认构造函数)或析构函数,也就是struct声明的构造函数必须带有参数;而class可以显式声明无参数构造函数。(由于struct的副本由编译器自动创建和销毁,因此不需要使用默认构造函数和析构函数。实际上,编译器通过为所有字段赋予默认值(参见默认值表(C#
参考))来实现默认构造函数)

● 如果class中只声明了一个有参数的构造函数,则用new关键字创建实例时不能再无参数构造函数(默认构造函数),否则会出现”XXX不包含0个参数的构造函数"的编译错误,这句话的意思表明class中除非没有一个构造函数,否则声明了什么构造函数,就只能用什么构造函数。

而struct中由于只能声明带参数的构造函数,当创建实例时

● class创建实例必须用new关键字,而struct可以用new,也可以不用new,区别在于用new生成的struct中,struct的成员函数是有初始值的。例子如下:

struct Point
{
    float  x;
    float y;
}
Point p = new Point();p是值类型所以应该在栈上为其分配空间
float a = p.x;  //编译通过,使用new 语句,C#结构体中的成员已经得到初始化,a的值为0
Point p;
foalt a = p.x;  //编译不过,编译器认为p的字段未得到初始化,是未知的

● class支持继承,struct不支持继承,但支持接口。

● class偏向于"面向对象",用于复杂、大型数据,struct偏向于"简单值",比如小于16字节,结构简单

● class的成员变量可以在声明的时候赋初值,而在struct声明中,除非字段被声明为 const 或 static,否则无法初始化。

一、从赋值的角度体验struct和class的不同

引用类型赋值,是把地址赋值给了变量

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      SizeClass sizeClass = new SizeClass(){Width = 10, Length = 10};
      Console.WriteLine("赋值前:width={0},length={1}", sizeClass.Width, sizeClass.Length);

      var copyOfSizeClass = sizeClass;
      copyOfSizeClass.Length = 5;
      copyOfSizeClass.Width = 5;
      Console.WriteLine("赋值后:width={0},length={1}",sizeClass.Width, sizeClass.Length);
      Console.ReadKey();
    }
  }

  public class SizeClass
  {
    public int Width { get; set; }
    public int Length { get; set; }
  }

  public struct SizeStruct
  {
    public int Width { get; set; }
    public int Length { get; set; }
  }

运行结果如下图所示:

以上,当把sizeClass赋值给copyOfSize变量的时候,是把sizeClass所指向的地址赋值给了copyOfSize变量,2个变量同时指向同一个地址。所以,当改变copyOfSizeClass变量的值,也相当于改变了sizeClass的值。

struct类型赋值,是完全拷贝,在栈上多了一个完全一样的变量

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      SizeStruct sizeStruct = new SizeStruct(){Length = 10, Width = 10};
      Console.WriteLine("赋值前:width={0},length={1}", sizeStruct.Width, sizeStruct.Length);

      var copyOfSizeStruct = sizeStruct;
      copyOfSizeStruct.Length = 5;
      copyOfSizeStruct.Width = 5;
      Console.WriteLine("赋值后:width={0},length={1}", sizeStruct.Width, sizeStruct.Length);
      Console.ReadKey();
    }
  }

程序运行结果如下图所示:

以上,当把sizeStruct赋值给copyOfSizeStruct变量的时候,是完全拷贝,改变copyOfSizeStruct的值不会影响到sizeStruct。

二、从参数传值角度体验struct和class的不同

引用类型参数传递的是地址

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      List<string> temp = new List<string>(){"my","god"};
      ChangeReferenceType(temp);
      temp.ForEach(t => Console.Write(t + " "));
      Console.ReadKey();
    }

    public static void ChangeReferenceType(List<string> list)
    {
      list = new List<string>(){"hello", "world"};
    }
  }

运行结果:my god

为什么不是hello world?

→栈上的temp指向托管堆上的一个集合实例

→当temp放到ChangeReferenceType(temp)方法中,本质是把temp指向的地址赋值给了变量list

→在ChangeReferenceType(List<string> list)方法内部,又把变量list的指向了另外一个集合实例地址

→但temp的指向地址一直没有改变

我们再来改变ChangeReferenceType(List<string> list)内部实现方式,其它不变。

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      List<string> temp = new List<string>(){"my","god"};
      ChangeReferenceType(temp);
      temp.ForEach(t => Console.Write(t + " "));
      Console.ReadKey();
    }

    public static void ChangeReferenceType(List<string> list)
    {
      list.Clear();
      list.Add("hello");
      list.Add("world");
    }
  }

运行结果:hello world

为什么不是my god?

→栈上的temp指向托管堆上的一个集合实例

→当temp放到ChangeReferenceType(temp)方法中,本质是把temp指向的地址赋值给了变量list

→在ChangeReferenceType(List<string> list)方法内部,把temp和list共同指向的实例清空,又添加"hello"和"world"2个元素

→由于list和temp指向的实例是一样的,所以改变list指向的实例就等同于改变temp指向的实例

以上,很好地说明了:引用类型参数传递的是地址。

值类型struct参数传递的是值

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      Size s = new Size(){Length = 10, Width = 10};
      ChangeStructType(s);
      Console.Write("Length={0},Width={1}", s.Length,s.Width);
      Console.ReadKey();
    }

    public static void ChangeStructType(Size size)
    {
      size.Length = 0;
      size.Width = 0;
    }
  }

  public struct Size
  {
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }
  }

运行结果如下图所示:

为什么Length和Width不是0呢?

→在栈上变量size

→当通过ChangeStructType(size),把s变量赋值给ChangeStructType(Size size)中的size变量,其本质是在栈上又创建了一个变量size,size的值和s是完全一样的

→在ChangeStructType(Size size)内部改变size的值,与变量s毫无关系

三、从struct类型的struct类型属性和struct引用类型属性体验struct和class的不同

假设有一个struct,它有struct类型的属性

以下, struct类型Room有struct类型的属性TableSize和TvSize,我们如何通过Room实例来修改其struct类型的属性值呢?

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      Room r = new Room()
      {
        TableSize = new Size(){Length = 100, Width = 80},
        TvSize = new Size(){Length = 10, Width = 8}
      };

      r.TableSize.Length = 0;

      Console.WriteLine("table目前的尺寸是:length={0},width={1}", r.TableSize.Length, r.TableSize.Width);
      Console.ReadKey();
    }
  }

  public struct Size
  {
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }
  }

  public struct Room
  {
    public Size TableSize { get; set; }
    public Size TvSize { get; set; }
  }

以上,r.TableSize.Length = 0;此处会报错:不能修改r.TableSize的值,因为不是变量。的确,r.TableSize只是Size的一份拷贝,而且也没有赋值给其它变量,所以r.TableSize是临时的,会被自动回收,对其赋值也是没有意义的。

如果要修改r.TableSize,只需把

r.TableSize.Length = 0;

改成如下:

r.TableSize =
new Size(){Length = 0, Width = 0};

运行结果如下图所示:

可见,改变struct类型的struct类型属性的某个属性是行不通的,因为像以上r.TableSize只是一份拷贝,是临时的,会被自动回收的。要改变struct类型的struct类型属性,就需要像上面一样,给r.TableSize赋上一个完整的Size实例。

假设有一个struct,它有引用类型的属性呢?

以下,struct类型的Room有引用类型属性,TableSize和TvSize,如何通过Room实例来修改其引用类型的属性值呢?并且,我们在类Size中定义了一个事件,当给Size的属性赋值时就触发事件,提示size类的属性值发生了改变。

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      var oneSize = new Size() {Length = 10, Width = 10};
      var twoSize = oneSize;

      oneSize.Changed += (s, e) => Console.Write("Size发生了改变~~");
      oneSize.Length = 0;
      Console.ReadKey();
    }
  }

  public class Size
  {
    private int _length;
    private int _width;

    public event System.EventHandler Changed;

    public int Length
    {
      get { return _length; }
      set
      {
        _length = value;
        OnChanged();
      }
    }

    public int Width
    {
      get { return _width; }
      set { _width = value; OnChanged(); }
    }

    private void OnChanged()
    {
      if (Changed != null)
      {
        Changed(this, new EventArgs());
      }
    }
  }

  public struct Room
  {
    public Size TableSize { get; set; }
    public Size TvSize { get; set; }
  }

运行,显示:Size发生了改变~~

对oneSize.Length的修改,实际上修改的是oneSize.Length指向托管堆上的实例。

四、从构造函数体验struct和class的不同

struct类型包含隐式的默认无参构造函数

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      var size = new SizeStruct();
      Console.WriteLine("length={0},width={1}", size.Length, size.Width);
      Console.ReadKey();
    }
  }

  public struct SizeStruct
  {
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }
  }

运行结果如下图所示:

为什么我们没有给SizeStruct定义无参构造函数,而没有报错?

--因为,struct类型有一个隐式的无参构造函数,并且给所有的成员赋上默认值,int类型属性成员的默认值是0。

而如果显式声明struct的默认构造函数,则会报错,

public struct SizeStruct
{
    public SizeStruct() { } //编译错误,提示结构不能包含显式的无参数构造函数
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }
}

但是可以声明struct的带参数的构造函数

public struct SizeStruct
{
    public SizeStruct(int a) { }
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }
}

一般情况下,如果类中没有声明任何构造函数,那么系统会默认创建一个无参的构造函数,而当你定义了带参数的构造函数以后,系统不会创建无参构造函数,这时候,如果你还想允许无参构造,就必须显式的声明一个

class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      var size = new SizeClass();
      Console.WriteLine("length={0},width={1}", size.Length, size.Width);
      Console.ReadKey();
    }
  }

  public class SizeClass
  {
    public int Length { get; set; }
    public int Width { get; set; }

    public SizeClass(int length, int width)
    {
      Length = length;
      Width = Width;
    }
  }

运行,报错:SizeClass不包含0个参数的构造函数

五、从给类型成员赋初值体验struct和class的不同

如果直接给字段赋初值。

public struct SizeStruct
{
    public int _length = 10;
}

运行,报错:结构中不能有实例字段初始值设定项。除非定义的变量是static或者const类型的

如果通过构造函数给字段赋初值。

public struct SizeStruct
  {
    public int _length;

    public SizeStruct()
    {
      _length = 10;
    }
  }

运行,报错:结构中不能包含显式无参数构造函数

可见,给struct类型成员赋初值是不太容易的,而给class成员赋初值,no problem。

何时使用struct,何时使用class?

在多数情况下,推荐使用class类,因为无论是类的赋值、作为参数类型传递,还是返回类的实例,实际拷贝的是托管堆上引用地址,也就大概4个字节,这非常有助于性能的提升。

而作为struct类型,无论是赋值,作为参数类型传递,还是返回struct类型实例,是完全拷贝,会占用栈上的空间。根据Microsoft‘s Value Type Recommendations,在如下情况下,推荐使用struct:

● 小于16个字节

● 偏向于值,是简单数据,而不是偏向于"面向对象"

● 希望值不可变

时间: 2024-10-01 02:39:30

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