C#中struct和class的區(qū)別詳解
本文詳細(xì)分析了C#中struct和class的區(qū)別，對(duì)于C#初學(xué)者來說是有必要加以了解并掌握的。
簡單來說，struct是值類型，創(chuàng)建一個(gè)struct類型的實(shí)例被分配在棧上。class是引用類型，創(chuàng)建一個(gè)class類型實(shí)例被分配在托管堆上。但struct和class的區(qū)別遠(yuǎn)不止這么簡單。
概括來講，struct和class的不同體現(xiàn)在：
● 類是引用類型，struct是值類型
● 在托管堆上創(chuàng)建類的實(shí)例，在棧上創(chuàng)建struct實(shí)例
● 類實(shí)例的賦值，賦的是引用地址，struct實(shí)例的賦值，賦的是值
● 類作為參數(shù)類型傳遞，傳遞的是引用地址，struct作為參數(shù)類型傳遞，傳遞的是值
● 類沒有默認(rèn)無參構(gòu)造函數(shù)，struct有默認(rèn)無參構(gòu)造函數(shù)
● 類支持繼承，struct不支持繼承
● 類偏向于"面向?qū)ο?,用于復(fù)雜、大型數(shù)據(jù)，struct偏向于"簡單值"，比如小于16字節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單
● 類的成員很容易賦初值，很難給struct類型成員賦初值
● 類的實(shí)例只能通過new SomeClass()來創(chuàng)建，struct類型的實(shí)例既可以通過new SomeStruct()來創(chuàng)建，也可以通過SomeStruct myStruct;來創(chuàng)建
一、從賦值的角度體驗(yàn)struct和class的不同
引用類型賦值，是把地址賦值給了變量
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
SizeClass sizeClass = new SizeClass(){Width = 10, Length = 10};
Console.WriteLine("賦值前：width={0},length={1}", sizeClass.Width, sizeClass.Length);
var copyOfSizeClass = sizeClass;
copyOfSizeClass.Length = 5;
copyOfSizeClass.Width = 5;
Console.WriteLine("賦值后：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; }
}
運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
以上，當(dāng)把sizeClass賦值給copyOfSize變量的時(shí)候，是把sizeClass所指向的地址賦值給了copyOfSize變量，2個(gè)變量同時(shí)指向同一個(gè)地址。所以，當(dāng)改變copyOfSizeClass變量的值，也相當(dāng)于改變了sizeClass的值。
struct類型賦值，是完全拷貝，在棧上多了一個(gè)完全一樣的變量
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
SizeStruct sizeStruct = new SizeStruct(){Length = 10, Width = 10};
Console.WriteLine("賦值前：width={0},length={1}", sizeStruct.Width, sizeStruct.Length);
var copyOfSizeStruct = sizeStruct;
copyOfSizeStruct.Length = 5;
copyOfSizeStruct.Width = 5;
Console.WriteLine("賦值后：width={0},length={1}", sizeStruct.Width, sizeStruct.Length);
Console.ReadKey();
}
}
程序運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
以上，當(dāng)把sizeStruct賦值給copyOfSizeStruct變量的時(shí)候，是完全拷貝，改變copyOfSizeStruct的值不會(huì)影響到sizeStruct。
二、從參數(shù)傳值角度體驗(yàn)struct和class的不同
引用類型參數(shù)傳遞的是地址
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<string> temp = new List<string>(){"my","god"};
temp.ForEach(t => Console.Write(t + " "));
Console.ReadKey();
}
public static void ChangeReferenceType(List<string> list)
{
list = new List<string>(){"hello", "world"};
}
}
運(yùn)行結(jié)果：my god
為什么不是hello world？
→棧上的temp指向托管堆上的一個(gè)集合實(shí)例
→當(dāng)temp放到ChangeReferenceType(temp)方法中，本質(zhì)是把temp指向的地址賦值給了變量list
→在ChangeReferenceType(List<string> list)方法內(nèi)部，又把變量list的指向了另外一個(gè)集合實(shí)例地址
→但temp的指向地址一直沒有改變
我們?cè)賮砀淖僀hangeReferenceType(List<string> list)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式，其它不變。
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");
}
}
運(yùn)行結(jié)果：hello world
為什么不是my god？
→棧上的temp指向托管堆上的一個(gè)集合實(shí)例
→當(dāng)temp放到ChangeReferenceType(temp)方法中，本質(zhì)是把temp指向的地址賦值給了變量list
→在ChangeReferenceType(List<string> list)方法內(nèi)部，把temp和list共同指向的實(shí)例清空，又添加"hello"和"world"2個(gè)元素
→由于list和temp指向的實(shí)例是一樣的，所以改變list指向的實(shí)例就等同于改變temp指向的實(shí)例
以上，很好地說明了：引用類型參數(shù)傳遞的是地址。
值類型struct參數(shù)傳遞的是值
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; }
}
運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
為什么Length和Width不是0呢？
→在棧上變量size
→當(dāng)通過ChangeStructType(size)，把s變量賦值給ChangeStructType(Size size)中的size變量，其本質(zhì)是在棧上又創(chuàng)建了一個(gè)變量size，size的值和s是完全一樣的
→在ChangeStructType(Size size)內(nèi)部改變size的值，與變量s毫無關(guān)系
三、從struct類型的struct類型屬性和struct引用類型屬性體驗(yàn)struct和class的不同
假設(shè)有一個(gè)struct，它有struct類型的屬性
以下， struct類型Room有struct類型的屬性TableSize和TvSize，我們?nèi)绾瓮ㄟ^Room實(shí)例來修改其struct類型的屬性值呢？
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；此處會(huì)報(bào)錯(cuò)：不能修改r.TableSize的值，因?yàn)椴皇亲兞?。的確，r.TableSize只是Size的一份拷貝，而且也沒有賦值給其它變量，所以r.TableSize是臨時(shí)的，會(huì)被自動(dòng)回收，對(duì)其賦值也是沒有意義的。
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};
運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
可見，改變struct類型的struct類型屬性的某個(gè)屬性是行不通的，因?yàn)橄褚陨蟫.TableSize只是一份拷貝，是臨時(shí)的，會(huì)被自動(dòng)回收的。要改變struct類型的struct類型屬性，就需要像上面一樣，給r.TableSize賦上一個(gè)完整的Size實(shí)例。
假設(shè)有一個(gè)struct，它有引用類型的屬性呢？
以下，struct類型的Room有引用類型屬性，TableSize和TvSize,如何通過Room實(shí)例來修改其引用類型的屬性值呢？并且，我們?cè)陬怱ize中定義了一個(gè)事件，當(dāng)給Size的屬性賦值時(shí)就觸發(fā)事件，提示size類的屬性值發(fā)生了改變。
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發(fā)生了改變~~");
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; }
}
運(yùn)行，顯示：Size發(fā)生了改變~~
對(duì)oneSize.Length的修改，實(shí)際上修改的是oneSize.Length指向托管堆上的實(shí)例。
四、從構(gòu)造函數(shù)體驗(yàn)struct和class的不同
struct類型包含隱式的默認(rèn)無參構(gòu)造函數(shù)
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; }
}
運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：
為什么我們沒有給SizeStruct定義無參構(gòu)造函數(shù)，而沒有報(bào)錯(cuò)？
--因?yàn)?，struct類型有一個(gè)隱式的無參構(gòu)造函數(shù)，并且給所有的成員賦上默認(rèn)值,int類型屬性成員的默認(rèn)值是0。
類不包含隱式無參構(gòu)造函數(shù)
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;
}
}
運(yùn)行，報(bào)錯(cuò)：SizeClass不包含0個(gè)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)
五、從給類型成員賦初值體驗(yàn)struct和class的不同
如果直接給字段賦初值。
public struct SizeStruct
{
public int _length = 10;
}
運(yùn)行，報(bào)錯(cuò)：結(jié)構(gòu)中不能有實(shí)例字段初始值設(shè)定項(xiàng)
如果通過構(gòu)造函數(shù)給字段賦初值。
public struct SizeStruct
{
public int _length;
public SizeStruct()
{
_length = 10;
}
}
運(yùn)行，報(bào)錯(cuò)：結(jié)構(gòu)中不能包含顯式無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)
可見，給struct類型成員賦初值是不太容易的，而給class成員賦初值,no problem。
何時(shí)使用struct，何時(shí)使用class?
在多數(shù)情況下，推薦使用class類，因?yàn)闊o論是類的賦值、作為參數(shù)類型傳遞，還是返回類的實(shí)例，實(shí)際拷貝的是托管堆上引用地址，也就大概4個(gè)字節(jié)，這非常有助于性能的提升。
而作為struct類型，無論是賦值，作為參數(shù)類型傳遞，還是返回struct類型實(shí)例，是完全拷貝，會(huì)占用棧上的空間。根據(jù)Microsoft's Value Type Recommendations，在如下情況下，推薦使用struct：
● 小于16個(gè)字節(jié)
● 偏向于值，是簡單數(shù)據(jù)，而不是偏向于"面向?qū)ο?
● 希望值不可變
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