浅析C# 结构体struct

2024-10-21 13:29:14

结构体

有时候我们仅需要一个小的数据结构，类提供的功能多于我们需要的功能；考虑到性能原因，最好使用结构体。

结构体是值类型，存储在栈中或存储为内联（如果结构体是存储在堆中的另一个对象的一部分）。

例如类class:

public class Dimensions
{
  public Dimensions(double length, double width)
  {
    Length = length;
    Width = width;
  }
  public double Length { get; set; }
  public double Width { get; set; }
}

可以使用结构体struct替换:

public struct Dimensions
{
  public Dimensions(double length, double width)
  {
    Length = length;
    Width = width;
  }
  public double Length { get; set; }
  public double Width { get; set; }
}

也可以为结构体struct创建函数，和给类创建函数完全相同：

public struct Dimensions
{
  public Dimensions(double length, double width)
  {
    Length = length;
    Width = width;
  }
  public double Length { get; set; }
  public double Width { get; set; }
  public double Diagonal => Math.Sqrt(Length * Length + Width * Width);
}

结构体初始化

结构体是值类型，但在使用时的语法和类基本一模一样。例如对于上面定义的类或结构体，均可使用代码：

Dimensions point = new Dimensions(3, 6);

注意：

因为结构体是值类型，所以new运算符与类和其他引用类型的工作方式不同。

用于结构体struct的new运算符并不分配堆中的内存，而是只调用相应的构造函数，根据传送给它的参数，初始化所有字段。

对于结构，变量声明实际上是韦整个结构在栈中分配空间。例如用如下语法（如果是类的话，就会编译错误）：

Dimensions point; //直接省略new
point.Length = 3;
point.Width = 6;

结构体遵循其他数据类型都遵守的规则：在使用前所有元素都必须进行初始化。

结构体的初始化方法：

使用new运算符
给所有的字段直接赋值

结构体性能影响

为结构体分配内存时，速度非常快，因为它们将内联或者保存在栈中。结构体超出作用域被删除时，速度也很快，不需要等待垃圾收集。
如果把结构体作为参数来传递，或者把一个结构体赋值给另一个结构体，结构体的所有内容就会被复制；这样就会有性能损失。这也是为什么结构体主要用于小的数据结构。
把结构体作为参数传递给方法时，应该把它作为ref参数传递 - 此时只传递了结构体在内存中地址。

只读结构体

C#7.2开始，readonly修饰符可以应用于结构体struct，因此编译器保证结构体的不变性。

public readonly struct Dimensions
{
  public Dimensions(double length, double width)
  {
    Length = length;
    Width = width;
  }
  public double Length { get; }
  public double Width { get; }
  public double Diagonal => Math.Sqrt(Length * Length + Width * Width);
}

对于readonly修饰符，如果在创建对象后类型更改了字段或属性，编译器就会报错。

使用readonly编译器可以生成优化的代码，使其在传递结构体时不会复制结构体的内容；

相反，编译器使用引用，因为它永远不会改变。

注意：上面readonly结构体的属性是只读的，只有get；如果有set的话，编译会报错：

error CS8341: Auto-implemented instance properties in readonly structs must be readonly.

结构体和类 - 值类型和引用类型

using System;

namespace value_reference
{

  public struct A
  {
    public int x { get; set; }
  }

  public class B
  {
    public int x { get; set; }
  }

  class Program
  {
    public static void UpdateStructValue(A a)
    {
      a.x = 10;
    }

    public static void UpdateObjectValue(B b)
    {
      b.x = 10;
    }

    static void Main(string[] args)
    {
      var a = new A { x = 1 };
      var b = new B { x = 1 };

      UpdateStructValue(a);
      UpdateObjectValue(b);

      Console.WriteLine($"a.x -> {a.x}");
      Console.WriteLine($"b.x -> {b.x}");
    }
  }
}

输出结果：

$ dotnet run
a.x -> 1
b.x -> 10

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