详解C# Tuple VS ValueTuple（元组类 VS 值元组）
C# 7.0已经出来一段时间了，大家都知道新特性里面有个对元组的优化：ValueTuple。这里利用详尽的例子详解Tuple VS ValueTuple（元组类VS值元组），10分钟让你更了解ValueTuple的好处和用法。
如果您对Tuple足够了解，可以直接跳过章节”回顾Tuple”，直达章节”ValueTuple详解”，查看值元组的炫丽用法。
回顾Tuple
Tuple是C# 4.0时出的新特性，.Net Framework 4.0以上版本可用。
元组是一种数据结构，具有特定数量和元素序列。比如设计一个三元组数据结构用于存储学生信息，一共包含三个元素，第一个是名字，第二个是年龄，第三个是身高。
元组的具体使用如下：
1. 如何创建元组
默认情况.Net Framework元组仅支持1到7个元组元素，如果有8个元素或者更多，需要使用Tuple的嵌套和Rest属性去实现。另外Tuple类提供创造元组对象的静态方法。
- 利用构造函数创建元组：
var testTuple6 = new Tuple<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");
var testTuple10 = new Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new Tuple<int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple10.Item1}, Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}");
- 利用Tuple静态方法构建元组，最多支持八个元素：
var testTuple6 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");
var testTuple8 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple8.Item1}, Item 8: {testTuple8.Rest.Item1}");
Note：这里构建出来的Tuple类型其实是Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int>>，因此testTuple8.Rest取到的数据类型是Tuple<int>，因此要想获取准确值需要取Item1属性。
2. 表示一组数据
如下创建一个元组表示一个学生的三个信息：名字、年龄和身高，而不用单独额外创建一个类。
var studentInfo = Tuple.Create<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
3. 从方法返回多个值
当一个函数需要返回多个值的时候，一般情况下可以使用out参数，这里可以用元组代替out实现返回多个值。
static Tuple<string, int, uint> GetStudentInfo(string name)
{
return new Tuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
}
static void RunTest()
{
var studentInfo = GetStudentInfo("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}
4. 用于单参数方法的多值传递
当函数参数仅是一个Object类型时，可以使用元组实现传递多个参数值。
static void WriteStudentInfo(Object student)
{
var studentInfo = student as Tuple<string, int, uint>;
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}
static void RunTest()
{
var t = new System.Threading.Thread(new System.Threading.ParameterizedThreadStart(WriteStudentInfo));
t.Start(new Tuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175));
while (t.IsAlive)
{
System.Threading.Thread.Sleep(50);
}
}
尽管元组有上述方便使用的方法，但是它也有明显的不足：
- 访问元素的时候只能通过ItemX去访问，使用前需要明确元素顺序，属性名字没有实际意义，不方便记忆；
- 最多有八个元素，要想更多只能通过最后一个元素进行嵌套扩展；
- Tuple是一个引用类型，不像其它的简单类型一样是值类型，它在堆上分配空间，在CPU密集操作时可能有太多的创建和分配工作。
因此在C# 7.0中引入了一个新的ValueTuple类型，详见下面章节。
ValueTuple详解
ValueTuple是C# 7.0的新特性之一，.Net Framework 4.7以上版本可用。
值元组也是一种数据结构，用于表示特定数量和元素序列，但是是和元组类不一样的，主要区别如下：
- 值元组是结构，是值类型，不是类，而元组（Tuple）是类，引用类型；
- 值元组元素是可变的，不是只读的，也就是说可以改变值元组中的元素值；
- 值元组的数据成员是字段不是属性。
值元组的具体使用如下：
1. 如何创建值元组
和元组类一样，.Net Framework值元组也只支持1到7个元组元素，如果有8个元素或者更多，需要使用值元组的嵌套和Rest属性去实现。另外ValueTuple类可以提供创造值元组对象的静态方法。
- 利用构造函数创建元组：
var testTuple6 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");
var testTuple10 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int, int, ValueTuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new ValueTuple <int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple10.Item1}, Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}");
- 利用Tuple静态方法构建元组，最多支持八个元素：
var testTuple6 = ValueTuple.Create<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");
var testTuple8 = ValueTuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple8.Item1}, Item 8: {testTuple8.Rest.Item1}");
注意这里构建出来的Tuple类型其实是Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int>>，因此testTuple8.Rest取到的数据类型是Tuple<int>，因此要想获取准确值需要取Item1属性。
优化区别：当构造出超过7个元素以上的值元组后，可以使用接下来的ItemX进行访问嵌套元组中的值，对于上面的例子，要访问第十个元素，既可以通过testTuple10.Rest.Item3访问，也可以通过testTuple10.Item10来访问。
var testTuple10 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int, int, ValueTuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new ValueTuple<int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}, Item 10: {testTuple10.Item10}");
2. 表示一组数据
如下创建一个值元组表示一个学生的三个信息：名字、年龄和身高，而不用单独额外创建一个类。
var studentInfo = ValueTuple.Create<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
3. 从方法返回多个值
值元组也可以在函数定义中代替out参数返回多个值。
static ValueTuple<string, int, uint> GetStudentInfo(string name)
{
return new ValueTuple <string, int, uint>("Bob", 28, 175);
}
static void RunTest()
{
var studentInfo = GetStudentInfo("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}
优化区别：返回值可以不明显指定ValueTuple，使用新语法(,,)代替，如(string, int, uint)：
static (string, int, uint) GetStudentInfo1(string name)
{
return ("Bob", 28, 175);
}
static void RunTest1()
{
var studentInfo = GetStudentInfo1("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}
调试查看studentInfo的类型就是ValueType三元组。
优化区别：返回值可以指定元素名字，方便理解记忆赋值和访问：
static (string name, int age, uint height) GetStudentInfo1(string name)
{
return ("Bob", 28, 175);
}
static void RunTest1()
{
var studentInfo = GetStudentInfo1("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.name}], Age [{studentInfo.age}], Height [{studentInfo.height}]");
}
方便记忆赋值：
方便访问：
4. 用于单参数方法的多值传递
当函数参数仅是一个Object类型时，可以使用值元组实现传递多个值。
static void WriteStudentInfo(Object student)
{
var studentInfo = (ValueTuple<string, int, uint>)student;
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}
static void RunTest()
{
var t = new System.Threading.Thread(new System.Threading.ParameterizedThreadStart(WriteStudentInfo));
t.Start(new ValueTuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175));
while (t.IsAlive)
{
System.Threading.Thread.Sleep(50);
}
}
5. 解构ValueTuple
可以通过var (x, y)或者(var x, var y)来解析值元组元素构造局部变量，同时可以使用符号”_”来忽略不需要的元素。
static (string name, int age, uint height) GetStudentInfo1(string name)
{
return ("Bob", 28, 175);
}
static void RunTest1()
{
var (name, age, height) = GetStudentInfo1("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{name}], Age [{age}], Height [{height}]");
(var name1, var age1, var height1) = GetStudentInfo1("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{name1}], Age [{age1}], Height [{height1}]");
var (_, age2, _) = GetStudentInfo1("Bob");
Console.WriteLine($"Student Information: Age [{age2}]");
}
由上所述，ValueTuple使C#变得更简单易用。较Tuple相比主要好处如下：
- ValueTuple支持函数返回值新语法”(,,)”，使代码更简单；
- 能够给元素命名，方便使用和记忆，这里需要注意虽然命名了，但是实际上value tuple没有定义这样名字的属性或者字段，真正的名字仍然是ItemX，所有的元素名字都只是设计和编译时用的，不是运行时用的（因此注意对该类型的序列化和反序列化操作）；
- 可以使用解构方法更方便地使用部分或全部元组的元素；
- 值元组是值类型，使用起来比引用类型的元组效率高，并且值元组是有比较方法的，可以用于比较是否相等，详见：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.valuetuple。
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