C#基础篇（09）结构体(struct)与类(class)的详细区别

C# 中结构体(struct)与类(class)的详细区别

在 C# 中，结构体(struct)和类(class)都是用于创建自定义类型的构造，但它们有显著的区别，这些区别影响着它们的使用场景和性能表现。

1. 基本类型分类

• ​类(class)​​：引用类型(reference type)
• ​结构体(struct)​​：值类型(value type)

这是最根本的区别，由此衍生出许多其他差异。

2. 内存分配

• ​类​：

  • 分配在堆(heap)上
  • 通过引用来访问
  • 由垃圾回收器(GC)管理内存

• ​结构体​：

  • 分配在栈(stack)上(通常情况)
  • 直接存储值本身
  • 超出作用域时立即释放

// 类示例
class MyClass { public int X; }// 结构体示例
struct MyStruct { public int X; }MyClass c = new MyClass(); // 在堆上分配
MyStruct s = new MyStruct(); // 在栈上分配(通常情况)

3. 默认值

• ​类​：默认值为 null
• ​结构体​：不能为 null(除非使用可空类型)，总是有默认值(各字段为默认值)

MyClass c; // c 为 null
MyStruct s; // s 已初始化，s.X == 0

4. 赋值行为

• ​类​：赋值的是引用(两个变量指向同一对象)
• ​结构体​：赋值的是值的副本(创建新副本)

MyClass c1 = new MyClass { X = 1 };
MyClass c2 = c1; // c2 和 c1 指向同一对象
c2.X = 2; // c1.X 也变为 2MyStruct s1 = new MyStruct { X = 1 };
MyStruct s2 = s1; // 创建 s1 的副本
s2.X = 2; // s1.X 仍为 1

5. 继承

• ​类​：

  • 支持单继承
  • 可以继承自另一个类
  • 可以实现多个接口

• ​结构体​：

  • 隐式继承自 System.ValueType
  • 不能继承自其他结构体或类
  • 可以实现接口

class BaseClass {}
class DerivedClass : BaseClass {} // 合法struct BaseStruct {}
// struct DerivedStruct : BaseStruct {} // 编译错误

6. 构造函数

• ​类​：

  • 可以有无参构造函数
  • 如果没有定义构造函数，编译器会提供默认无参构造函数

• ​结构体​：

  • 总是有一个隐式的无参构造函数(即使定义了其他构造函数)
  • 不能自定义无参构造函数
  • 构造函数必须初始化所有字段

struct MyStruct
{public int X;public int Y;// 结构体构造函数必须初始化所有字段public MyStruct(int x, int y){X = x;Y = y;}// 不能定义无参构造函数// public MyStruct() { } // 编译错误
}

7. 性能考虑

• ​类​：

  • 堆分配和垃圾回收可能带来性能开销
  • 适合大型对象或需要长期存在的对象

• ​结构体​：

  • 栈分配通常更快
  • 没有垃圾回收开销
  • 适合小型、短暂使用的对象
  • 频繁装箱/拆箱会降低性能

8. 适用场景

• ​使用类的情况​：

  • 需要继承
  • 对象标识重要(两个变量引用同一对象)
  • 对象较大
  • 对象生命周期较长
  • 需要多态行为

• ​使用结构体的情况​：

  • 表示简单的值类型(如坐标、颜色等)
  • 小型数据结构(通常小于16字节)
  • 不可变类型
  • 频繁创建和销毁的临时对象
  • 不需要多态行为

9. 其他区别

10. 示例对比

// 类示例
public class PointClass
{public int X;public int Y;public PointClass(int x, int y){X = x;Y = y;}
}// 结构体示例
public struct PointStruct
{public int X;public int Y;public PointStruct(int x, int y){X = x;Y = y;}
}// 使用对比
PointClass pc1 = new PointClass(1, 2);
PointClass pc2 = pc1; // 复制引用
pc2.X = 3; // pc1.X 也变为 3PointStruct ps1 = new PointStruct(1, 2);
PointStruct ps2 = ps1; // 复制值
ps2.X = 3; // ps1.X 仍为 1

11. 可变性与不可变性

结构体通常更适合设计为不可变类型：

public readonly struct ImmutablePoint
{public readonly int X;public readonly int Y;public ImmutablePoint(int x, int y){X = x;Y = y;}
}

12. 装箱与拆箱

• 结构体转换为 object 或接口类型时会发生装箱
• 从 object 或接口类型转换回结构体会发生拆箱
• 装箱/拆箱有性能开销，应尽量避免

MyStruct s = new MyStruct();
object boxed = s; // 装箱
MyStruct unboxed = (MyStruct)boxed; // 拆箱

总结

选择使用类还是结构体应基于以下考虑：

1. 类型的大小(结构体应保持小型)
2. 所需语义(值语义 vs 引用语义)
3. 性能需求
4. 是否需要继承或多态
5. 生命周期管理需求

理解这些区别有助于在C#开发中做出更合理的设计决策，编写出更高效、更可靠的代码。