不可不知的C#基础–从 struct 和 class的异同 说开去

 

我知道很多人都讨论过这个问题, 多我一个不多, 少我一个不少.

最近有人又问到这个问题, 所以想再说说. 万丈高楼平地起, 地基很重要. 懂了的人不要嫌罗嗦, 欢迎补充或者纠正.

从起源/定义说起

Struct 从C 的时代就已经有了(向丹尼斯.里奇致敬), 它是Structure 的缩写 -- 就是结构的意思. 它是一种最初级的数据结构, 它包含一到多个相同类型或不同类型的值或者变量. 它就像是一个存储数据的"包".

 

Class(类) 是有了面向对象概念之后才有的, 它"是创建对象的蓝图,描述了所创建的对象共同的属性和方法".

 

从它们被创立的用途可以看出Class 比Struct 负担了更大的使命.

类从出生的那天就被赋予了一个伟大的使命: 模拟真实世界的行为, 拥有继承和多态两种利器.

Struct 到了C#这个领域中有了一个进化, 它甚至可以实现接口(当然,这个也是C时代没有的东西), 在本文中会有一个简单的介绍.

 

值类型 VS 引用类型

在.net 世界中, System.Object "支持 .NET Framework 类层次结构中的所有类，并为派生类提供低级别服务。 这是 .NET Framework 中所有类的最终基类；它是类型层次结构的根。" 从Object再衍生出所有类、结构、枚举和委托。

看看下面这个图对net中两大类型的描述, -- 当然还有一种"指针类型",在这里我们不予讨论.

 

 

Struct 是属于值类型这个阵容, 而所有class 都是引用类型.

这意味着什么?

 

当我们使用等号"赋值"时, 对于Struct而言就是将同样的值复制给另一个变量; 而对于Class而言就只是将它们的名字指向同一个对象.

 

看下面的实例:

class FooClass
{
    public int FooValue;
}
struct FooStruct
{
    public int FooValue;
}


class Program
{

    static void Main(string[] args)
    {
        FooClass classObj = new FooClass();

        classObj.FooValue = 0;

        FooClass classObj2 = classObj;

        classObj2.FooValue = 1;

        FooStruct structObj = new FooStruct();

        structObj.FooValue = 0;

        FooStruct structObj2 = structObj;
        
        structObj2.FooValue = 1;

    }

}

再最后设个断点, 运行后取值:

 

 

structObj2 在初始时, 会创建一个全新的副本, 然后获取structObj 的所有数值;

classObj2 在初始时, 只是指向了classObj. 这就是值类型和引用类型的一个区别. 当修改classObj 或者 classObj2 时, 修改的是同一部分内存.

Struct实现接口

前面提到了Struct可以实现接口, 下面我们引用一个实例:

interface IPromotion
{

    void promote();

}

struct Employee : IPromotion
{

    public string Name;

    public int JobGrade;

    public void promote()
    {

        JobGrade++;

    }

    public Employee(string name, int jobGrade)
    {

        this.Name = name;

        this.JobGrade = jobGrade;

    }

    public override string ToString()
    {

        return string.Format("{0} ({1})", Name, JobGrade);

    }

}

class Program
{

    static void Main(string[] args)
    {

        Employee employee = new Employee("Cool Guy", 65);

        IPromotion p = employee;

        Console.WriteLine(employee);

        p.promote();

        Console.WriteLine(employee);

    }

}

一旦增加了这个功能, 我们就可以在应用Struct之前, 给予其一些接口的定义. 使一类的struct 在形式上保持一致.

 

不同的用途

使用中在struct 和 class 两者间该选谁?

我们在编程中要实现某种数据结构时, 绝大部分情况下我们会选择class -- 因为它的强大和特定的使命. 但是当我们要传递或存储一些小数据结构时,可以考虑struct.

Net framework 下有很多已经定义好了的struct例如:

System.Drawing.Rectangle
System.Drawing.Color
System.Drawing.Point

使用时要记住struct的特性.

 

 

那么我再补充几点吧：
初始化方面：
值类型分配在堆栈上，变量本身包含了实例所有字段。
引用类型分配在托管堆上，被分配在托管堆上的对象都有一些与之关联的额外成员要被初始化。分配完后返回对象位于托管堆的地址。

内存释放方面：
值类型没有分配在托管堆，所以不受GC控制。一旦值类型不被引用，为它分配的存储空间就会立即释放。值类型也有Finalize方法，但被回收时，CLR不会调用该方法。
引用类型受GC控制。

继承方面：
不能把值类型当作基类，所以值类型里不要有虚方法，也没有抽象方法，所有的方法都隐含有sealed修饰符。

用途方面：
值类型不要频繁用于方法的参数传递。因为参数以传值的方式传递，导致值类型的字段频繁被拷贝。
值类型不要作为方法返回值频繁返回。原因同上。
值类型不要频繁用于ArrayList，Hashtable类。因为一不小心会频繁装箱。

值类型的装箱与拆箱可以讲很多。
就举一个例子，什么时候装箱比较好。
int a=5;
Console.WriteLine("{0},{1},{2}",a,a,a);//反例
Object o=a;//装箱
Console.WriteLine("{0},{1},{2}",o,o,o);