深入理解 C#.NET record：不可变对象与值语义的现代实践

原创于 2025-12-22 07:37:39 发布 · 424 阅读

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简介

record 是 C# 9 引入的新引用类型（Reference Type），专门用于数据导向（Data-Oriented）的不可变对象。特别适合用于表示不可变的数据传输对象（DTO）、值对象和领域模型。

⚡ 主要特性：

内置值相等性：两个 record 实例如果属性值相同，则被认为相等（值相等）。
简洁语法：通过“主构造函数”直接定义属性。
不可变设计：推荐使用 init 访问器，实现只读属性。
模式匹配友好：可以用 with、解构等简化数据处理。

基本语法

简单声明

public record Person(string FirstName, string LastName);

record 关键字定义一个不可变引用类型。
(string FirstName, string LastName) 定义主构造函数和自动 init 属性。

等价于：

public class Person
{
    public string FirstName { get; init; }
    public string LastName { get; init; }

    public Person(string firstName, string lastName)
        => (FirstName, LastName) = (firstName, lastName);

    // 自动生成值相等比较、Deconstruct 方法等
}

使用：

var p1 = new Person("Alice", "Smith");
Console.WriteLine(p1.FirstName); // Alice

不可变性（init-only）

Record 的属性默认是只读的（init-only），这意味着它们只能在初始化时设置

public record Person(string FirstName, string LastName, int Age);

// 创建 record 实例
var person = new Person("John", "Doe", 30);

// 编译错误：不能修改属性
// person.Age = 31;

值相等（Value Equality）

引用类型 vs 值类型对比

类型	相等比较（默认）
`class`	引用相等（Reference Equality）
`struct`	值相等（字段逐一比较）
`record`	值相等（自动生成 `Equals`/`==`）

示例：

var p1 = new Person("Alice", "Smith");
var p2 = new Person("Alice", "Smith");
Console.WriteLine(p1 == p2);      // True
Console.WriteLine(p1.Equals(p2)); // True

即使 p1 和 p21 是不同实例，只要属性值相同，就相等。

with 表达式（非破坏性复制）

record 可以使用 with 表达式复制并修改部分属性：

var p1 = new Person("Alice", "Smith");
var p2 = p1 with { LastName = "Johnson" };

Console.WriteLine(p2.FirstName); // Alice
Console.WriteLine(p2.LastName);  // Johnson

p1 保持不变，p2 是新的实例。
这是不可变对象的核心优势。

解构（Deconstruction）

编译器会自动生成 Deconstruct 方法：

var person = new Person("Alice", "Smith");
var (first, last) = person;
Console.WriteLine($"{first} {last}");

可直接用元组解构。

继承与多态

record 支持继承，且保留值相等语义：

public record Person(string Name);
public record Student(string Name, int Grade) : Person(Name);

Person p = new Student("Alice", 5);
Console.WriteLine(p is Student); // True

自动生成的 Equals 会包含类型检查，子类与父类不同类型即使属性相同也不相等。

显式属性定义

可以不用主构造函数，像 class 一样定义：

public record Car
{
    public string Brand { get; init; }
    public string Model { get; init; }
}

与 class 的唯一区别是自动生成了值相等比较。

record struct（值类型记录，C# 10+）

C# 10 引入 record struct，结合了 record 的值相等和 struct 的值类型特性。

// Record struct（值类型）
public record struct Point(int X, int Y);

// 使用 record struct
var point1 = new Point(3, 4);
var point2 = new Point(3, 4);

Console.WriteLine(point1 == point2); // True
Console.WriteLine(point1); // Point { X = 3, Y = 4 }

// 修改 record struct（因为是值类型，所以可以修改）
point1.X = 5;
Console.WriteLine(point1); // Point { X = 5, Y = 4 }

// 只读 record struct
public readonly record struct ImmutablePoint(int X, int Y);

var immutablePoint = new ImmutablePoint(3, 4);
// immutablePoint.X = 5; // 编译错误：不能修改只读字段

记录的成员生成

编译器为 record 自动生成以下内容：

Equals(object?) 和 GetHashCode()：基于属性值。
== 和 != 运算符。
Deconstruct 方法。
ToString()：输出形如 Person { FirstName = Alice, LastName = Smith }。

这使得 record 非常适合作为 DTO、查询结果、配置数据。

与 class / struct 对比

特性	`class`	`struct`	`record`（class）	`record struct`
类型	引用类型	值类型	引用类型	值类型
相等性	引用相等	值相等	值相等	值相等
默认不可变	❌（可变）	❌（可变）	✅（推荐 `init`）	✅（推荐 `readonly`）
内存分配	堆	栈/堆	堆	栈/堆
继承	支持	仅接口	支持	仅接口
`with` 表达式	❌	❌	✅	✅

高级用法

与模式匹配

if (person is Person { FirstName: "Alice" })
    Console.WriteLine("Found Alice!");

public abstract record Shape;
public record Circle(double Radius) : Shape;
public record Rectangle(double Width, double Height) : Shape;
public record Triangle(double Base, double Height) : Shape;

public static double CalculateArea(Shape shape)
{
    return shape switch
    {
        Circle c => Math.PI * c.Radius * c.Radius,
        Rectangle r => r.Width * r.Height,
        Triangle t => 0.5 * t.Base * t.Height,
        _ => throw new ArgumentException("Unknown shape")
    };
}

// 使用模式匹配
var circle = new Circle(5);
var rectangle = new Rectangle(4, 6);

Console.WriteLine(CalculateArea(circle)); // 78.53981633974483
Console.WriteLine(CalculateArea(rectangle)); // 24

位置记录 + 解构

public record Order(int Id, decimal Price);
var order = new Order(1001, 99.99m);
var (id, price) = order; // 自动解构

实际应用场景

DTO（数据传输对象）

// API 响应 DTO
public record ApiResponse<T>(bool Success, string Message, T Data);

// API 请求 DTO
public record CreateUserRequest(string Username, string Email, string Password);

// 使用 record DTO
public class UserController : ControllerBase
{
    [HttpPost]
    public IActionResult CreateUser(CreateUserRequest request)
    {
        // 处理请求...
        var response = new ApiResponse<User>(true, "User created successfully", user);
        return Ok(response);
    }
}

配置对象

// 应用程序配置
public record AppSettings
{
    public string ConnectionString { get; init; }
    public int MaxRetryAttempts { get; init; } = 3;
    public TimeSpan Timeout { get; init; } = TimeSpan.FromSeconds(30);
    public LoggingSettings Logging { get; init; }
}

public record LoggingSettings
{
    public string Level { get; init; } = "Information";
    public string FilePath { get; init; } = "logs/app.log";
}

// 使用配置
var settings = new AppSettings
{
    ConnectionString = "Server=localhost;Database=MyDb",
    MaxRetryAttempts = 5,
    Logging = new LoggingSettings { Level = "Debug" }
};

适用场景

推荐使用 record 的场景：

不可变的数据模型：DTO、API 响应对象
配置项、设置类
数据库查询结果（EF Core 中很常见）
事件/消息模型（Event Sourcing、CQRS）

不推荐使用 record 的场景：

对象需要频繁修改。
需要严格的引用语义（例如缓存中的唯一实例）。

性能与注意事项

record 是引用类型（除非是 record struct），所以在堆上分配，仍有 GC 开销。
值比较可能略微增加 Equals/GetHashCode 的计算成本。
with 表达式会创建新对象，不要在高频场景频繁使用。

总结

特性	说明
核心目标	简化不可变数据类型的声明和比较
类型	引用类型（默认）/值类型（`record struct`）
相等性	自动实现基于值的相等性（`Equals`、`==`）
不可变性	推荐使用 `init` 或 `readonly`
复制	`with` 表达式实现非破坏性复制
解构	自动生成 `Deconstruct`，支持元组解构
典型应用	DTO、API 数据模型、配置对象、事件/消息对象