关于.NET:什么时候应该使用结构而不是类？


When should I use a struct instead of a class?

msdn说当需要轻量级对象时应该使用结构。当结构比类更可取时，是否存在其他方案？

有些人可能忘记了：

  • 结构不能有方法。
  • 无法继承结构。

    • 我理解结构和类之间的技术差异，我只是不知道何时使用结构。

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    msdn有答案：在类和结构之间进行选择。

    基本上，这一页给了你一个4项的清单，并说除非你的类型符合所有的标准，否则就使用一个类。

    Do not define a structure unless the
    type has all of the following
    characteristics:

    • It logically represents a single value, similar to primitive types
      (integer, double, and so on).
    • It has an instance size smaller than 16 bytes.
    • It is immutable.
    • It will not have to be boxed frequently.
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    我很惊讶我没有读到之前的答案，我认为这是最重要的方面：

    当我需要一个没有标识的类型时，我使用结构。例如，三维点：

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    public struct ThreeDimensionalPoint
    {
        public readonly int X, Y, Z;
        public ThreeDimensionalPoint(int x, int y, int z)
        {
            this.X = x;
            this.Y = y;
            this.Z = z;
        }

        public override string ToString()
        {
            return"(X=" + this.X +", Y=" + this.Y +", Z=" + this.Z +")";
        }

        public override int GetHashCode()
        {
            return (this.X + 2) ^ (this.Y + 2) ^ (this.Z + 2);
        }

        public override bool Equals(object obj)
        {
            if (!(obj is ThreeDimensionalPoint))
                return false;
            ThreeDimensionalPoint other = (ThreeDimensionalPoint)obj;
            return this == other;
        }

        public static bool operator ==(ThreeDimensionalPoint p1, ThreeDimensionalPoint p2)
        {
            return p1.X == p2.X && p1.Y == p2.Y && p1.Z == p2.Z;
        }

        public static bool operator !=(ThreeDimensionalPoint p1, ThreeDimensionalPoint p2)
        {
            return !(p1 == p2);
        }
    }

    如果您有这个结构的两个实例，那么您不关心它们是内存中的单个数据块还是两个。你只关心他们所拥有的价值。

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    比尔·瓦格纳在他的书《有效的C》(http://www.amazon.com/effective specific ways improve your/dp/0321245660)中对此有一章。他的结论是，使用以下原则：

  • Is the main responsability of the type data storage?
  • Is its public interface defined entirely by properties that access or modify its data members?
  • Are you sure your type will never have subclasses?
  • Are you sure your type will never be treated polymorphically?

    • If you answer 'yes' to all 4 questions: use a struct. Otherwise, use a
    class.

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    当需要值类型语义而不是引用类型时，请使用结构。结构是按值复制的，所以要小心！

    另请参见前面的问题，例如

    .NET中的struct和class有什么区别？

    我会在以下情况下使用结构：

  • 对象应该是只读的(每次传递/分配一个结构时，它都会被复制)。当涉及多线程处理时，只读对象非常好，因为在大多数情况下，它们不需要重新请求锁定。

  • 物体很小，寿命很短。在这种情况下，很有可能将对象分配到堆栈上，这比将其放在托管堆上要高效得多。更重要的是，一旦对象超出其作用域，它所分配的内存就会被释放。换句话说，垃圾收集器的工作更少，内存使用效率更高。

    • 如果使用：

    • 它的身份很重要。当按值传递给方法时，结构被隐式复制。
    • 它将占用大量的内存。
    • 它的字段需要初始值设定项。
    • 您需要从基类继承。
    • 你需要多态行为；

    在以下情况下使用结构：

    • 它将像一个基元类型(int、long、byte等)一样工作。
    • 它必须有很小的内存占用。
    • 您正在调用一个P/Invoke方法，该方法要求通过价值。
    • 您需要减少垃圾收集对应用程序性能的影响。
    • 其字段只需初始化为其默认值。对于数值类型，该值为零；对于布尔类型，该值为假；对于引用类型，该值为空。
      • 注意，在C 6.0中，结构可以有一个默认的构造函数，用于初始化结构的字段转换为非默认值。
    • 不需要从基类继承(ValueType除外，从该类继承所有结构都继承)。
    • 你不需要多态行为。

    当我想将一些值组合在一起以便从方法调用中传递内容时，我总是使用结构，但在读取这些值之后，我不需要将其用于任何内容。就像保持清洁一样。我倾向于把结构中的事物看作是"一次性的"，而把类中的事物看作是更有用和"实用的"。

    如果一个实体是不可变的，那么使用结构或类的问题通常是性能问题而不是语义问题。在32/64位系统上，无论类中的信息量如何，类引用都需要存储4/8字节；复制类引用将需要复制4/8字节。另一方面，每个不同的类实例除了包含的信息和对它的引用的内存开销外，还将有8/16字节的开销。假设需要一个由500个实体组成的数组，每个实体包含四个32位整数。如果实体是结构类型，则无论500个实体是否都相同、都不同或介于两者之间，数组都将需要8000个字节。如果实体是类类型，500个引用的数组将占用4000个字节。如果这些引用都指向不同的对象，那么每个对象将需要额外的24个字节(所有500个对象需要12000个字节)，总共需要16000个字节——是结构类型存储成本的两倍。另一方面，代码创建了一个对象实例，然后复制了对所有500个数组槽的引用，该实例的总开销为24字节，数组的总开销为4000字节，总共4024字节。一大笔节省。很少有情况能像最后一种情况一样有效，但在某些情况下，可能可以将一些引用复制到足够的阵列插槽中，以使这种共享变得有价值。

    如果实体应该是可变的，那么是否使用类或结构的问题在某些方面更容易处理。假设"thing"是一个结构或类，它有一个名为x的整型字段，并执行以下代码：

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      Thing t1,t2;
      ...
      t2 = t1;
      t2.x = 5;

    是否希望后一个语句影响T1.X？

    如果事物是一个类类型，T1和T2是等价的，这意味着T1.x和T2.x也是等价的。因此，第二条语句将影响T1.X。如果事物是结构类型，T1和T2将是不同的实例，这意味着T1.X和T2.X将引用不同的整数。因此，第二个语句不会影响T1.X。

    可变结构和可变类具有根本不同的行为，尽管.NET在处理结构突变时有一些奇怪之处。如果需要值类型行为(即"t2=t1"将数据从t1复制到t2，同时将t1和t2保留为不同的实例)，并且如果可以使用.NET对值类型处理中的怪癖，请使用结构。如果你想要值类型语义，但是.NET的怪癖会导致你的应用程序中的值类型语义被破坏，那么就使用一个类并含糊不清。

    除此之外，上述优秀答案：

    结构是值类型。

    它们永远不会被设置为零。

    将结构设置为"无"，将其所有值类型设置为其默认值。

    正如@simon所说，结构提供了"值类型"语义，因此如果您需要类似于内置数据类型的行为，请使用结构。因为结构是通过copy传递的，所以您需要确保它们的大小很小，大约16个字节。

    当你真的不需要行为，但你需要比简单的数组或字典更多的结构。

    跟进这就是我对结构的一般看法。我知道他们可以有方法，但我喜欢保持这种整体的精神差异。

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    结构在堆栈上，而不是堆上，因此它们是线程安全的，在实现传输对象模式时应该使用，您永远不希望使用堆上的对象，它们是易失的，在这种情况下，您希望使用调用堆栈，这是使用结构的基本情况，我对这里所有的答案感到惊讶，

    隐马尔可夫模型。。。

    我不会将垃圾收集用作支持/反对使用结构与类的参数。托管堆的工作原理与堆栈非常相似——创建对象只需将其放在堆的顶部，这几乎与在堆栈上分配一样快。另外，如果一个对象是短期的，并且在GC循环中不存在，那么释放是免费的，因为GC只使用仍然可以访问的内存。(搜索msdn，有一系列关于.NET内存管理的文章，我懒得去挖掘它们)。

    大多数时候，我使用一个结构时，我会因为这样做而自责，因为后来我发现使用引用语义会使事情变得简单一点。

    不管怎样，上面发表的msdn文章中的这四点似乎是一个很好的指导方针。

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    我认为最好的答案就是在需要属性集合时使用struct，在需要属性和行为集合时使用class。