《C#图解教程》拾遗十一-结构_c# 类设计结构图-优快云博客

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本文深入探讨C#中的结构（struct），讲解其作为值类型的特点、赋值行为、构造函数的使用，以及在性能上的考量。结构与类的主要区别在于结构是值类型，赋值时会复制整个对象，而非引用。此外，结构不能继承，但可以实现接口。了解这些细节有助于更好地利用结构进行代码优化。

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一、什么是结构

结构是程序员定义的数据类型，与类非常类似，它们有数据成员和函数成员，虽然与类相似，但是结构有许多重要的区别，最重要的区别是：

类是引用类型，而结构是值类型；
结构是隐式密封的，这意味着不能从它们派生其他结构；

声明结构的语法与声明类相似：

关键字
  ⬇
struct StructName
{
    MemberDeclarations
}

struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
}
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Point first, second, third;

        first.X = 10;first.Y = 10;
        second.X = 20;second.Y = 20;
        third.X = first.X + second.X;
        third.Y = first.Y + second.Y;

        Console.WriteLine($"first: {first.X},{first.Y}");
        Console.WriteLine($"second: {second.X},{second.Y}");
        Console.WriteLine($"third: {third.X},{third.Y}");
    }
}

执行结果：

二、结构是值类型

和所有值类型一样，结构类型变量含有自己的数据，因此：

结构类型的变量不能为null；
两个结构变量不能引用同一对象；

class CSimple
{
    public int X;
    public int Y;
}
struct Simple
{
    public int X;
    public int Y;
}
class Program
{
    static void Main()
    {
        CSimple cs = new CSimple();
        Simple ss = new Simple();
        ...
    }
}

上述代码声明了一个名为CSimple的类和一个名为Simple的结构，当为它们各自声明一个变量时，下图展示了这两个变量的内存安排：

三、对结构赋值

把一个结构赋值给另一个结构，就是将一个结构的值复制给另一个结构，这和复制类变量不同，复制类变量时只复制引用。

class CSimple
{
    public int X;
    public int Y;
}
struct Simple
{
    public int X;
    public int Y;
}
class _3_AssignValueToStruct
{
    static void Main()
    {
        CSimple cs1 = new CSimple(), cs2 = null;            //类实例
        Simple ss1 = new Simple(), ss2 = new Simple();      //结构实例

        cs1.X = ss1.X = 5;          //将5赋值给ss1.X和cs1.X
        cs1.Y = ss1.Y = 10;         //将10赋值给ss1.Y和cs1.Y

        cs2 = cs1;                  //赋值类实例
        ss2 = ss1;                  //赋值结构实例
    }
}

上图展示了类变量赋值和结构变量赋值的区别。

注意，在类赋值之后，cs2和cs1指向堆中同一对象，但在结构赋值之后，ss2的成员的值和ss1的相同。

四、构造函数和析构函数

结构可以有实例构造函数和静态构造函数，但不允许有析构函数。

1、实例构造函数

语言隐式地为每个结构提供一个无参数的构造函数，这个构造函数把结构的每个成员设置为该类型的默认值，值成员设置成它们地默认值，引用成员设置成null。

对于每个结构，都存在预定义的无参构造函数，而且不能删除或重定义。但是，可以创建另外的构造函数，只要它们有参数。注意，这和类不同，对于类，编译器只在没有声明其他构造函数时提供隐式的无参构造函数。

调用一个构造函数，包括饮食无参数构造函数，要使用new运算符，注意，即使不从堆中分配内存，也要使用new运算符。

struct Simple
{
    public int X;
    public int Y;
    public Simple(int a,int b)      //带有参数的构造函数
    {
        X = a;
        Y = b;
    }
}
class _4_1InstantConstructure
{
    static void Main()
    {
        Simple s1 = new Simple();           //调用隐式构造函数
        Simple s2 = new Simple(5, 10);      //调用构造函数

        Console.WriteLine($"{s1.X},{s1.Y}");
        Console.WriteLine($"{s2.X},{s2.Y}");
    }
}

也可以不适用new运算符创建结构的实例，然而，如果这样做，有如下限制：

在显式设置数据成员之后，才能使用它们的值；
在对所有数据成员赋值之后，才能调用结构的函数成员；

struct Simple
{
    public int X;
    public int Y;
}
class _4_12InstantConstructure
{
    static void Main()
    {
        Simple s1, s2;  //没有构造函数的调用
        //Console.WriteLine("{0},{1}", s1.X, s1.Y);   //还未被赋值，编译错误，使用了可能未赋值的字段

        s2.X = 5;
        s2.Y = 10;
        Console.WriteLine($"{s2.X},{s2.Y}");    //没问题
    }
}

2、静态构造函数

与类相似，结构的静态构造函数创建并初始化静态数据成员，并且不能引用实例成员。结构的静态构造函数遵从与类的静态构造函数一样的规则，但允许有不带参数的静态构造函数。

以下两种行为，任意一种发生之前，将会调用静态构造函数：

调用显式声明的构造函数；
引用结构的静态成员；

3、构造函数和析构函数小结

五、属性和字段初始化语句

在声明结构体时，不允许使用实例属性和字段初始化语句：

struct Simple
{
    public int x = 0;    //编译错误
    public int y = 10;   //编译错误

    public int prop1 {get; set;} = 5;    //编译错误
}

但是，结构体的静态属性和静态字段都可以在声明结构体时进行初始化，即使结构体本身不是静态的。

六、结构是密封的

结构总是隐式密封的，因此，不能从它们派生其他结构。

由于结构不支持继承，个别类成员修饰符用在结构成员上将没有意义，因此不能在结构成员声明中使用。不能用于结构的修饰符如下：

protected
protected internal
abstract
sealed
virtual

结构本身派生自System.ValueType，而System.ValueType派生自object。

两个可用于结构成员并与继承相关的关键字是new和override修饰符，当创建一个和基类System.ValueType的成员同名的成员时可使用它们，所有结构都派生自System.ValueType。

七、装箱和拆箱

如同其他值类型数据，如果想将一个结构实例作为引用类型对象，必须创建装箱的副本。装箱的过程就是制作值类型变量的引用类型副本。

八、结构作为返回值和参数

结构可以用作返回值和参数：

返回值当结构作为返回值时，将创建它的副本并从函数成员返回；
值参数当结构被用作值参数时，将创建实参结构的副本，该副本用于方法的执行中；
ref和out参数如果把一个结构用作ref或out参数，传入方法的是该结构的一个引用，这样就可以修改其数据成员；

九、关于结构的更多内容

对结构进行分配的开销比创建类实例小，所以使用结构代替类有时可以提高性能，但要注意装箱和拆箱的高昂代价。

关于结构，需要知道的最后一些事情如下：

预定义简单类型（int、short、long等）尽管在.net和C#中被视为原始类型，但它们实际上在.net中都实现为结构；
可以使用与声明分部类相同的方法声明分部结构；
结构和类一样，可以实现接口；