[你必须知道的.NET] 第四回：后来居上：class和struct
本文将介绍以下内容：
• 面向 对象基本概念
• 类和 结构体简介
• 引用 类型和值类型区别
1. 引言
提起class和struct，我们首先的感觉是语法几乎相 同，待遇却翻天复地。历史将接力棒由面向过程编程传到面向对象编程，class和 struct也背负着各自的命运前行。在我认为，struct英 雄迟暮，class天下独行，最本质的区别是class是 引用类型，而struct是值类 型，它们在内存中的分配情况有所区别。由此产生的一系列差异性，本文将做以全面讨论。
2. 基本概念
2.1. 什么是class?
class（类） 是面向对象编程的基本概念，是一种自定义数据结构类型，通常包含字段、属性、方法、属性、构造函数、索引器、操作符等。因为是基本的概念，所以不必在此详 细描述，读者可以查询相关概念了解。我们重点强调的是.NET中，所有的类都最终继承自System.Object类，因此是一种 引用类型，也就是说，new一 个类的实例时，对象保存了该实例实际数据的引用地址，而对象的值保存在托管堆（managed heap） 中。
2.2. 什么是struct?
struct（结构）是一种值类型，用于将一组相关的信息变量组织为一个单一的变量实体 。所有的结 构都继承自System.ValueType 类，因此是一种值类型，也就是说，struct实例分配在线程的堆栈（stack）上，它 本身存储了值，而不包含指向该值的指针。所以在使用struct 时，我们可以将其当作int、char这样的基本类型类对待。
3. 相同点，不同点
相同点：语法类似。
不同点：
- class是引用类型，继承自System.Object类；struct是值类型，继承自System.ValueType类， 因此不具多态性。但是注意，System.ValueType是个引用类型。
- 从职能观点来看，class表 现为行为；而struct常用于存储数据。
- class支持继承，可以继承自类和接口；而struct没有继承性，struct不能从class继承，也不能作为class的基类，但struct支持接口继承（记得吗，《第二回：对抽象编程：接口和抽象类》 也做过讨论）
- class可以声明无参构造函数，可以声明析构函数；而struct只能声明带参数构造函数，且不能声明析构函数。因此，struct没 有自定义的默认无参构造函数，默认无参构造器只是简单地把所有值初始化为它们的0等价值
- 实例化时，class要 使用new关键字；而struct可以不使用new关键字，如果不以new来实例化struct，则其所有的字段将处于未分配状态，直到所有字段完成初始化， 否则引用未赋值的字段会导致编译错误。
- class可以实抽象类（abstract）， 可以声明抽象函数；而struct为抽象，也不能声明抽象函数。
- class 可以声明protected成 员、virtual成员、sealed成员 和override成员；而struct不 可以，但是值得注意的是，struct 可以重载System.Object的3个虚方法，Equals()、ToString()和GetHashTable()。
- class的对象复制分为浅拷贝和深拷贝（该主题我们在本系列以后的主题 中将重点讲述，本文不作详述），必须经过特别的方法来完成复制；而struct创建的对象复制简 单，可以直接以等号连接即可。
- class实例由垃圾回收机制来保证内存的回收处理；而struct变量使用完后立即自动解除内存分配。
- 作为参数传递时，class变 量是以按址方式传递；而struct变量是以按值方式传递的。
我们可以简单的理解，class是一个可以动的机器，有行为，有多态，有继承；而struct就 是个零件箱，组合了不同结构的零件。其实，class和struct最 本质的区别就在于class是引用类型，内存分配于托管堆；而struct是值类型，内存分配于线程的堆栈上。由此差异，导致了上述所有的不同点，所以只有深刻的理解内存分 配的相关内容，才能更好的驾驭。本系列将再以后的内容中，将引用类型和值类型做以深入的比较和探讨，敬 请关注。当然正如本文标题描述的一样，使用class基本可以替代struct的任何场合，class后来居上。虽然在某些方面struct有性 能方面的 优势，但是在面向对象编程里，基本是class横行的天下。
那么，有人不免会提出， 既然class几乎可以完全替代struct来 实现所有的功能，那么struct还有存在的必要吗？答案是，至少在以下情况下，鉴于性能上的考 虑，我们应该考虑使用struct来代替class：
- 实现一个主要用于存储数据的结构时，可以考虑struct。
- struct变量占有堆栈的空间，因此只适用于数据量相对小的场合。
- 结构数组具有更高的效率。
- 提供某些和非托管代码通信的兼容性。
所有这些是struct有一席之地的理由，当然也许还有其他的更多说法，只是我不知道罢了:-)
4. 经典示例
4.1 小菜一碟
下面以示例为说明，来阐 述本文的基本规则，详细见注释内容。
（1）定义接口
interface IPerson
{
void GetSex();
}
（2）定义类
public class Person
{
public Person()
{
}
public Person(string name, int age)
{
_name = name;
_age = age;
}
private string _name;
public string Name
{
get { return _name; }
set { _name = value; }
}
private int _age;
public int Age
{
get { return _age; }
set { _age = value; }
}
}
（3）定义结构
//可以继承自接口，不可继承类或结 构
struct Family: IPerson
{
public string name;
public int age;
public bool sex;
public string country;
public Person person;
//不可以包含显式的无参构造函数和析构函数
public Family(string name, int age, bool sex, string country, Person person)
{
this.name = name;
this.age = age;
this.sex = sex;
this.country = country;
this.person = person;
}
//不可以实现protected、virtual、sealed和override成员
public void GetSex()
{
if (sex)
Console.WriteLine(person.Name + " is a boy.");
else
Console.WriteLine(person.Name + " is a girl.");
}
public void ShowPerson()
{
Console.WriteLine("This is {0} from {1}", new Person(name, 22).Name, country);
}
//可以重载ToString虚方法
public override string ToString()
{
return String.Format("{0} is {1}, {2} from {3}", person.Name, age, sex ? "Boy" : "Girl", country);
}
}
（4）测试结构和类
猜猜运行结果如何，可以顺便检查检查 对这个概念的认识。
4.2 .NET研究
在.NET 框架中，System.Drawing命名空 间中的有些元素，如System.Drawing.Point就是实现为struct，而 不是class。其原因也正在于以上 介绍的各方面的权衡，大家可以就此研究研究，可以体会更多。另外，还有以struct实现的System.Guid。
5. 结论
对基本概念的把握，是我 们进行技术深入探索的必经之路，本系列的主旨也是能够从基本框架中，提供给大家一个通向高级技术的必修课程。本文关于 class和struct的讨论就是如此，在.NET框架中，关于class和struct的讨论将涉及到对引用类型和值类型的认识，并且进一步将触角伸向变量内存分配这一高级主题，所以我 们有必要来了解其运行机制，把握区别和应用场合，以便在平常的系统设计中把握好对这一概念层次的把握。
另外，请大家就以下问题 进行讨论，希望能够更加清晰本文的拓展：
- struct还主要应用在哪些方面？
- C++和C#中， 关于struct的应用又有所不同，这些不同又有哪些区别？
