C#中类和结构体的对比

区别

C# 中的类(Class)和结构体(Struct)是两种不同的数据类型,它们在很多方面有相似之处,但也存在一些关键的区别:

  1. 继承

    • 类可以继承其他类或实现接口。

    • 结构体不能继承其他结构体或类,也不能被继承,但可以实现接口。

  2. 默认访问修饰符

    • 类的成员默认是非公开的(private),需要显式指定访问级别。

    • 结构体的所有成员默认是公开的(public),并且不能是私有的。

  3. 实例化

    • 类的实例是在堆上分配的,可以通过 new 关键字来创建。

    • 结构体的实例可以在堆上或栈上分配,但通常在栈上分配,且不需要 new 关键字。

  4. 可变性

    • 类的实例可以是可变的,即其状态可以在创建后被修改。

    • 结构体是值类型,其状态在创建后通常被认为是不可变的,尽管可以通过引用传递来修改其成员。

  5. 垃圾回收

    • 类的实例由垃圾回收器管理,因此涉及到垃圾回收的开销。

    • 结构体由于通常在栈上分配,通常不会有垃圾回收的开销,但当作为对象的一部分或分配在堆上时,其生命周期结束时也需要垃圾回收。

  6. 使用场景

    • 类通常用于表示具有复杂行为的对象,需要继承或多态性的场景。

    • 结构体通常用于表示简单的数据结构,如简单的数据容器或轻量级的数据类型。

  7. 方法和属性

    • 类和结构体都可以有方法、属性、索引器、事件和构造函数。
  8. 静态成员

    • 类和结构体都可以有静态成员,但静态构造函数只适用于类。
  9. 装箱和拆箱

    • 结构体作为值类型,当需要与对象类型交互时,可能会涉及到装箱(boxing)和拆箱(unboxing)操作,这会带来性能开销。

ref struct介绍

在 C# 7.2 及更高版本中,引入了一个新的结构体类型,称为 ref structref struct 是一种特殊的结构体,它有一些独特的特性和限制:

  1. 堆分配ref struct 必须在堆上分配不能在栈上分配。这意味着你不能直接将 ref struct 作为方法参数或返回类型,也不能作为局部变量使用,除非它们是通过引用传递的

  2. 引用传递ref struct 实例必须通过引用传递,即使它们在堆上分配。这保证了对 ref struct 的任何修改都是可见的。

  3. 不能包含引用类型字段ref struct 不能包含引用类型的字段,因为它们不能被垃圾回收。这有助于避免不必要的垃圾回收开销,因为 ref struct 不会被垃圾回收器跟踪。

  4. 不能实现接口 :由于 ref struct 必须在堆上分配,它们不能实现接口。这是因为接口的实现可能需要引用类型的特性,这与 ref struct 的设计原则相冲突。

  5. 不能被继承ref struct 不能被继承,因为继承可能会引入引用类型的复杂性。

  6. 使用场景ref struct 主要用于性能敏感的场景,特别是在与非托管代码交互时。它们可以用于避免不必要的复制,特别是在需要频繁传递大型数据结构时。

ref struct 是一种高级特性,通常只在特定的性能优化场景中使用。它们提供了一种方式来避免值类型的一些限制,如栈分配和复制开销,但同时也带来了一些限制,如不能实现接口和不能被继承。在使用 ref struct 时,你需要仔细考虑这些特性和限制,以确保它们适合你的用例。

ref return

在 C# 7.2 引入了 ref return 特性,它允许方法返回对局部变量的引用。这在之前版本的 C# 中是不可能的,因为局部变量在方法调用结束后就不再存在了。通过 ref return,你可以返回一个引用,允许调用者修改返回的局部变量的值。

使用 ref return 时,需要注意以下几点:

  1. 返回局部变量的引用ref return 允许方法返回一个引用到局部变量的引用,调用者可以通过这个引用修改原始数据。

  2. 返回的局部变量必须在方法调用结束后仍然存在 :为了满足这个要求,返回的局部变量通常被分配在 stackalloc 内存中,或者作为 ref struct 的成员。

  3. 调用者可以通过返回的引用修改数据:由于返回的是引用,调用者对返回值的任何修改都会反映在原始数据上。

  4. 使用 ref 关键字 :在方法的返回类型前使用 ref 关键字来指示该方法返回一个引用。

  5. 调用方法时也需要使用 ref :当调用返回 ref 的方法时,你需要使用 ref 关键字来接收返回的引用。

  6. 示例

    cs 复制代码
    private ref int GetCount()
    {
        int count = 1; // 局部变量
        return ref count; // 返回局部变量的引用
    }
    ​
    void IncrementCount()
    {
        ref int count = ref GetCount();
        count += 1; // 修改原始的局部变量
    }
  7. 使用场景ref return 可以在需要优化性能的场景中使用,尤其是在避免不必要的数据复制时。例如,在处理大型数据结构或与非托管代码交互时,ref return 可以提供一种有效的方式来传递和修改数据。

  8. 限制 :由于 ref return 改变了局部变量的作用域,因此在使用时需要小心,以避免意外的行为或内存问题。

ref return 是 C# 中一个强大的特性,它提供了更多的灵活性来处理数据的传递和修改。然而,由于它改变了局部变量的生命周期和作用域,因此在实际应用中需要谨慎使用。

通过new创建的结构体是放在堆上

在 C# 中,结构体(Struct)通常不需要使用 new 关键字来创建实例。结构体是值类型,它们的实例可以在栈上自动分配,并且可以通过直接赋值来创建。例如:

复制代码
cs 复制代码
Point p = new Point(); // 错误,结构体通常不使用new
Point p2 = new Point(10, 20); // 正确,但不是推荐的方式
Point p3 = { X = 10, Y = 20 }; // 推荐的方式,使用初始化器
Point p4 = new Point { X = 10, Y = 20 }; // 另一种推荐的方式

然而,如果你确实想要使用 new 关键字来创建结构体的实例,C# 也允许这样做,但这并不是推荐的做法。使用 new 创建结构体实例时,实际上是在堆上分配内存,这会导致额外的性能开销,因为堆分配需要垃圾回收器的介入。此外,使用 new 创建的值类型实例在某些情况下可能会引起混淆,因为它们的行为更接近于引用类型。

在大多数情况下,你应该避免使用 new 来创建结构体的实例,而是使用默认构造函数或初始化器来初始化它们。如果你需要在堆上创建结构体的实例,可以使用 Activator.CreateInstance 方法,但这通常不是必要的,除非有特定的需求。

复制代码
cs 复制代码
// 使用Activator.CreateInstance在堆上创建结构体实例
Point p5 = (Point)Activator.CreateInstance(typeof(Point));

总的来说,结构体作为值类型,其设计初衷是为了在栈上高效地分配和使用,而不是在堆上。因此,使用 new 创建结构体实例并不是 C# 中的常见做法

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