.NET中的结构和类有什么区别?
首先,结构是通过值而不是引用传递的。结构适用于相对简单的数据结构,而类通过多态性和继承从体系结构的角度来看具有更大的灵活性。
其他人可能会比我给你更多的细节,但当我所追求的结构很简单时,我会使用结构。
在.NET中,结构和类声明区分引用类型和值类型。
传递引用类型时,实际存储的只有一个。访问实例的所有代码都在访问同一个实例。
传递值类型时,每个值类型都是副本。所有代码都在自己的副本上运行。
这可以用一个例子来说明:
struct MyStruct
{
string MyProperty { get; set; }
}
void ChangeMyStruct(MyStruct input)
{
input.MyProperty = "new value";
}
...
// Create value type
MyStruct testStruct = new MyStruct { MyProperty = "initial value" };
ChangeMyStruct(testStruct);
// Value of testStruct.MyProperty is still "initial value"
// - the method changed a new copy of the structure.
对于一个班级来说,这将是不同的
class MyClass
{
string MyProperty { get; set; }
}
void ChangeMyClass(MyClass input)
{
input.MyProperty = "new value";
}
...
// Create reference type
MyClass testClass = new MyClass { MyProperty = "initial value" };
ChangeMyClass(testClass);
// Value of testClass.MyProperty is now "new value"
// - the method changed the instance passed.
类可以是空的-引用可以指向空。
结构是实际值-它们可以为空,但决不能为空。因此,结构总是有一个没有参数的默认构造函数——它们需要一个“起始值”。
类的实例存储在托管堆上。“包含”实例的所有变量都只是对堆上实例的引用。将对象传递给方法会导致传递引用的副本,而不是对象本身。
结构(从技术上讲,值类型)存储在使用它们的任何地方,很像原始类型。运行时可以随时复制内容,而无需调用自定义的复制构造函数。将值类型传递给方法涉及复制整个值,同样无需调用任何自定义代码。
C++/CLI名称使这种区别更加明显:“ref class”是第一个类,“value class”是第二个类。C#使用的关键字“class”和“struct”只是必须学习的东西。
结构是实际值-它们可以为空,但不能为空
这是正确的,但是也要注意,从.NET2开始,结构支持Nullable版本,C#提供了一些语法糖,使其更易于使用。
int? value = null;
value = 1;
在.NET中,有两类类型,引用类型和值类型。
结构是值类型,类是引用类型。
一般的区别是,引用类型存在于堆中,值类型存在于内联中,也就是说,在定义变量或字段的任何位置。
包含值类型的变量包含整个值类型值。对于结构,这意味着变量包含整个结构及其所有字段。
包含引用类型的变量包含指针,或对内存中实际值所在位置的引用。
首先,这有一个好处:
值类型始终包含值引用类型可以包含空引用,这意味着它们此刻根本不引用任何内容
在内部,引用类型被实现为指针,并且知道变量赋值是如何工作的,还有其他行为模式:
将值类型变量的内容复制到另一个变量中,将整个内容复制到新变量中,使这两个变量不同。换句话说,复制后,对其中一个的更改不会影响另一个将一个引用类型变量的内容复制到另一个变量中,就会复制引用,这意味着现在有两个引用指向实际数据的同一个存储位置。换句话说,在复制之后,更改一个引用中的数据似乎也会影响另一个引用,但这只是因为您实际上只是在两个地方查看相同的数据
当您声明变量或字段时,以下是两种类型的区别:
变量:值类型位于堆栈上,引用类型位于堆栈中,作为指向堆内存中实际内存所在位置的指针(请注意EricLipperts系列文章:堆栈是一个实现细节)类/结构字段:值类型完全位于类型内部,引用类型位于类型内部作为指向堆内存中实际内存所在位置的指针。
每个项目的简短摘要:
仅限班级:
可以支持继承是引用(指针)类型引用不能为空每个新实例的内存开销
仅结构:
无法支持继承是值类型按值传递(如整数)不能有空引用(除非使用了Nullable)每个新实例没有内存开销-除非“装箱”
类和结构:
复合数据类型通常用于包含一些具有某种逻辑关系的变量吗可以包含方法和事件可以支持接口
结构与等级
结构是一种值类型,因此它存储在堆栈上,但类是一种引用类型,存储在堆上。
结构不支持继承和多态,但类同时支持两者。
默认情况下,所有结构成员都是公共的,但类成员在本质上默认是私有的。
由于结构是一种值类型,我们不能将null赋给结构对象,但类的情况并非如此。
类中声明的事件通过锁(this)自动锁定其+=和-=访问,以使其线程安全(静态事件根据类的类型锁定)。结构中声明的事件没有自动锁定其+=和-=访问。结构的锁(this)无法工作,因为只能锁定引用类型表达式。创建结构实例不能导致垃圾收集(除非构造函数直接或间接创建引用类型实例),而创建引用类型的实例会导致垃圾收集。结构始终具有内置的公共默认构造函数。类DefaultConstructor{静态空隙Eg(){直接yes=新的直接();//始终编译正常InDirect可能=新InDirect();//如果构造函数存在且可访问,则编译//...}}这意味着结构总是可实例化的,而类可能不是,因为它的所有构造函数都可以是私有的。类不可实例化{private NonInstantiable()//确定{}}结构Direct{private Direct()//编译时错误{}}结构不能有析构函数。析构函数只是对象的重写。伪装完成,结构作为值类型,不受垃圾收集的影响。结构Direct{~Direct(){}//编译时错误}InDirect类{~InDirect(){}//编译正常}~Indirect()的CIL如下所示:.method家族hidebysig虚拟实例无效Finalize()cil已管理{// ...}//方法结束间接::Finalize结构是隐式密封的,类不是。结构不能是抽象的,类可以。结构不能在其构造函数中调用:base(),而没有显式基类的类可以。结构不能扩展另一个类,类可以。结构不能声明类可以声明的受保护成员(例如,字段、嵌套类型)。结构不能声明抽象函数成员,抽象类可以。结构不能声明虚函数成员,类可以。结构不能声明密封的函数成员,类可以。结构不能声明重写函数成员,类可以。此规则的一个例外是,结构可以重写System.Object的虚拟方法,即Equal()、GetHashCode()和ToString()。
基元值类型或结构类型的每个变量或字段都持有该类型的唯一实例,包括其所有字段(公共和私有)。相比之下,引用类型的变量或字段可能为空,或者可能引用存储在其他位置的对象,其他引用也可能存在。结构的字段将存储在与该结构类型的变量或字段相同的位置,该变量或字段可能位于堆栈上,也可能是另一个堆对象的一部分。
创建原始值类型的变量或字段将使用默认值创建它;创建结构类型的变量或字段将创建一个新实例,以默认方式创建其中的所有字段。创建引用类型的新实例将首先以默认方式创建其中的所有字段,然后根据类型运行可选的附加代码。
将一个基本类型的变量或字段复制到另一个将复制值。将结构类型的一个变量或字段复制到另一个变量将前一个实例的所有字段(公共和私有)复制到后一个实例。将一个引用类型的变量或字段复制到另一个将导致后者引用与前者相同的实例(如果有的话)。
需要注意的是,在某些语言(如C++)中,类型的语义行为与它的存储方式无关,但在.NET中则不是这样。如果一个类型实现了可变值语义,则将该类型的一个变量复制到另一个变量会将第一个实例的财产复制到第二个实例所引用的另一个实例,并且使用第二个实例的成员来变异它将导致第二个例子被改变,而不是第一个。如果一个类型实现了可变的引用语义,那么将一个变量复制到另一个变量并使用第二个变量的成员来变异对象将影响第一个变量所引用的对象;具有不可变语义的类型不允许变异,因此复制是创建新实例还是创建对第一个实例的另一个引用在语义上无关紧要。
在.NET中,值类型可以实现上述任何语义,前提是它们的所有字段都可以这样做。然而,引用类型只能实现可变引用语义或不可变语义;具有可变引用类型字段的值类型限于实现可变引用语义或奇怪的混合语义。
除了其他答案中描述的所有差异外:
结构不能具有显式无参数构造函数,而类可以结构不能有析构函数,而类可以结构不能从其他结构或类继承,而类可以从其他类继承。(结构和类都可以从接口实现。)
如果您正在观看一段视频,解释所有的差异,您可以查看第29部分-C#教程-C#中类和结构之间的差异。
除了访问说明符的基本区别,以及上面提到的几个区别之外,我还想添加一些主要区别,包括上面提到的一些区别,以及带有输出的代码示例,这将提供对引用和值的更清晰的了解
结构:
是值类型,不需要堆分配。内存分配不同,存储在堆栈中适用于小型数据结构影响性能,当我们将值传递给方法时,我们会传递整个数据结构,所有数据都传递给堆栈。构造函数只返回结构值本身(通常在堆栈上的临时位置),然后根据需要复制该值每个变量都有自己的数据副本,其中一个变量的操作不可能影响另一个变量。不支持用户指定的继承,它们隐式继承自类型对象
类别:
参考类型值存储在堆中存储对动态分配对象的引用构造函数是用new运算符调用的,但它不会在堆上分配内存多个变量可以引用同一对象对一个变量的操作可能会影响另一个变量引用的对象
代码示例
static void Main(string[] args)
{
//Struct
myStruct objStruct = new myStruct();
objStruct.x = 10;
Console.WriteLine("Initial value of Struct Object is: " + objStruct.x);
Console.WriteLine();
methodStruct(objStruct);
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("After Method call value of Struct Object is: " + objStruct.x);
Console.WriteLine();
//Class
myClass objClass = new myClass(10);
Console.WriteLine("Initial value of Class Object is: " + objClass.x);
Console.WriteLine();
methodClass(objClass);
Console.WriteLine();
Console.WriteLine("After Method call value of Class Object is: " + objClass.x);
Console.Read();
}
static void methodStruct(myStruct newStruct)
{
newStruct.x = 20;
Console.WriteLine("Inside Struct Method");
Console.WriteLine("Inside Method value of Struct Object is: " + newStruct.x);
}
static void methodClass(myClass newClass)
{
newClass.x = 20;
Console.WriteLine("Inside Class Method");
Console.WriteLine("Inside Method value of Class Object is: " + newClass.x);
}
public struct myStruct
{
public int x;
public myStruct(int xCons)
{
this.x = xCons;
}
}
public class myClass
{
public int x;
public myClass(int xCons)
{
this.x = xCons;
}
}
输出
Struct Object的初始值为:10
内部结构方法Struct对象的内部方法值为:20
结构对象的方法调用值为:10
类对象的初始值为:10
内部类方法类对象的内部方法值为:20
类对象的方法调用值为:20
在这里,您可以清楚地看到按值调用和按引用调用之间的区别。
除了其他答案之外,还有一个基本的区别值得注意,那就是数据如何存储在数组中,因为这会对性能产生重大影响。
对于结构,数组包含结构的实例对于类,数组包含指向内存中其他位置的类实例的指针
因此,内存中的结构数组如下所示
[结构][结构]〔结构〕〔结构〕
而类数组看起来像这样
指针
对于一个类数组,您感兴趣的值不会存储在数组中,而是存储在内存的其他位置。
对于绝大多数应用程序来说,这种差异并不重要,但是,在高性能代码中,这将影响内存中数据的位置,并对CPU缓存的性能产生很大影响。在可以/应该使用结构的情况下使用类将大大增加CPU上的缓存未命中数。
现代CPU做的最慢的事情不是处理数字,而是从内存中提取数据,一级缓存命中速度比从RAM读取数据快很多倍。
下面是一些可以测试的代码。在我的机器上,遍历类数组所需的时间大约是结构数组的3倍。
private struct PerformanceStruct
{
public int i1;
public int i2;
}
private class PerformanceClass
{
public int i1;
public int i2;
}
private static void DoTest()
{
var structArray = new PerformanceStruct[100000000];
var classArray = new PerformanceClass[structArray.Length];
for (var i = 0; i < structArray.Length; i++)
{
structArray[i] = new PerformanceStruct();
classArray[i] = new PerformanceClass();
}
long total = 0;
var sw = new Stopwatch();
sw.Start();
for (var loops = 0; loops < 100; loops++)
for (var i = 0; i < structArray.Length; i++)
{
total += structArray[i].i1 + structArray[i].i2;
}
sw.Stop();
Console.WriteLine($"Struct Time: {sw.ElapsedMilliseconds}");
sw = new Stopwatch();
sw.Start();
for (var loops = 0; loops < 100; loops++)
for (var i = 0; i < classArray.Length; i++)
{
total += classArray[i].i1 + classArray[i].i2;
}
Console.WriteLine($"Class Time: {sw.ElapsedMilliseconds}");
}
如前所述:类是引用类型,而结构是具有所有后果的值类型。
根据经验,框架设计指南建议在以下情况下使用结构而不是类:
它的实例大小小于16字节它逻辑上表示单个值,类似于原始类型(int、double等)它是不可变的它不必经常装箱
从微软在类和结构之间的选择。。。
根据经验,框架中的大多数类型应该是类。然而,在某些情况下值类型的特性使其更适合使用结构。✓ 考虑结构而不是类:如果该类型的实例很小并且通常很短,或者通常嵌入在其他对象中。X避免结构,除非该类型具有以下所有属性特点:它在逻辑上表示单个值,类似于原始类型(int、double等)。它的实例大小小于16字节。它是不可变的。(无法更改)它不必经常装箱。
为了使其完整,使用Equals方法时还有另一个不同之处,它由所有类和结构继承。
假设我们有一个类和一个结构:
class A{
public int a, b;
}
struct B{
public int a, b;
}
在Main方法中,我们有4个对象。
static void Main{
A c1 = new A(), c2 = new A();
c1.a = c1.b = c2.a = c2.b = 1;
B s1 = new B(), s2 = new B();
s1.a = s1.b = s2.a = s2.b = 1;
}
然后:
s1.Equals(s2) // true
s1.Equals(c1) // false
c1.Equals(c2) // false
c1 == c2 // false
因此,结构适用于类似数字的对象,例如点(保存x和y坐标)。课程适合其他人。即使两个人的名字、身高、体重。。。,他们还是两个人。
有一个有趣的“类vs结构”难题案例——当您需要从方法返回几个结果时:选择要使用的结果。如果你知道ValueTuple的故事,你就知道添加ValueTuple(结构)是因为它应该比Tuple(类)更有效。但这在数字上意味着什么?两个测试:一个是具有2个字段的结构/类,另一个是有8个字段的类型/类(维度大于4-从处理器节拍的角度来看,类应该比结构更有效,但当然也应该考虑GC负载)。
P.S.另一个特定案例“stuct or class with collections”的基准是:https://stackoverflow.com/a/45276657/506147
BenchmarkDotNet=v0.10.10, OS=Windows 10 Redstone 2 [1703, Creators Update] (10.0.15063.726)
Processor=Intel Core i5-2500K CPU 3.30GHz (Sandy Bridge), ProcessorCount=4
Frequency=3233540 Hz, Resolution=309.2586 ns, Timer=TSC
.NET Core SDK=2.0.3
[Host] : .NET Core 2.0.3 (Framework 4.6.25815.02), 64bit RyuJIT
Clr : .NET Framework 4.7 (CLR 4.0.30319.42000), 64bit RyuJIT-v4.7.2115.0
Core : .NET Core 2.0.3 (Framework 4.6.25815.02), 64bit RyuJIT
Method | Job | Runtime | Mean | Error | StdDev | Min | Max | Median | Rank | Gen 0 | Allocated |
------------------ |----- |-------- |---------:|----------:|----------:|---------:|---------:|---------:|-----:|-------:|----------:|
TestStructReturn | Clr | Clr | 17.57 ns | 0.1960 ns | 0.1834 ns | 17.25 ns | 17.89 ns | 17.55 ns | 4 | 0.0127 | 40 B |
TestClassReturn | Clr | Clr | 21.93 ns | 0.4554 ns | 0.5244 ns | 21.17 ns | 23.26 ns | 21.86 ns | 5 | 0.0229 | 72 B |
TestStructReturn8 | Clr | Clr | 38.99 ns | 0.8302 ns | 1.4097 ns | 37.36 ns | 42.35 ns | 38.50 ns | 8 | 0.0127 | 40 B |
TestClassReturn8 | Clr | Clr | 23.69 ns | 0.5373 ns | 0.6987 ns | 22.70 ns | 25.24 ns | 23.37 ns | 6 | 0.0305 | 96 B |
TestStructReturn | Core | Core | 12.28 ns | 0.1882 ns | 0.1760 ns | 11.92 ns | 12.57 ns | 12.30 ns | 1 | 0.0127 | 40 B |
TestClassReturn | Core | Core | 15.33 ns | 0.4343 ns | 0.4063 ns | 14.83 ns | 16.44 ns | 15.31 ns | 2 | 0.0229 | 72 B |
TestStructReturn8 | Core | Core | 34.11 ns | 0.7089 ns | 1.4954 ns | 31.52 ns | 36.81 ns | 34.03 ns | 7 | 0.0127 | 40 B |
TestClassReturn8 | Core | Core | 17.04 ns | 0.2299 ns | 0.2150 ns | 16.68 ns | 17.41 ns | 16.98 ns | 3 | 0.0305 | 96 B |
代码测试:
using System;
using System.Text;
using System.Collections.Generic;
using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Attributes.Columns;
using BenchmarkDotNet.Attributes.Exporters;
using BenchmarkDotNet.Attributes.Jobs;
using DashboardCode.Routines.Json;
namespace Benchmark
{
//[Config(typeof(MyManualConfig))]
[RankColumn, MinColumn, MaxColumn, StdDevColumn, MedianColumn]
[ClrJob, CoreJob]
[HtmlExporter, MarkdownExporter]
[MemoryDiagnoser]
public class BenchmarkStructOrClass
{
static TestStruct testStruct = new TestStruct();
static TestClass testClass = new TestClass();
static TestStruct8 testStruct8 = new TestStruct8();
static TestClass8 testClass8 = new TestClass8();
[Benchmark]
public void TestStructReturn()
{
testStruct.TestMethod();
}
[Benchmark]
public void TestClassReturn()
{
testClass.TestMethod();
}
[Benchmark]
public void TestStructReturn8()
{
testStruct8.TestMethod();
}
[Benchmark]
public void TestClassReturn8()
{
testClass8.TestMethod();
}
public class TestStruct
{
public int Number = 5;
public struct StructType<T>
{
public T Instance;
public List<string> List;
}
public int TestMethod()
{
var s = Method1(1);
return s.Instance;
}
private StructType<int> Method1(int i)
{
return Method2(++i);
}
private StructType<int> Method2(int i)
{
return Method3(++i);
}
private StructType<int> Method3(int i)
{
return Method4(++i);
}
private StructType<int> Method4(int i)
{
var x = new StructType<int>();
x.List = new List<string>();
x.Instance = ++i;
return x;
}
}
public class TestClass
{
public int Number = 5;
public class ClassType<T>
{
public T Instance;
public List<string> List;
}
public int TestMethod()
{
var s = Method1(1);
return s.Instance;
}
private ClassType<int> Method1(int i)
{
return Method2(++i);
}
private ClassType<int> Method2(int i)
{
return Method3(++i);
}
private ClassType<int> Method3(int i)
{
return Method4(++i);
}
private ClassType<int> Method4(int i)
{
var x = new ClassType<int>();
x.List = new List<string>();
x.Instance = ++i;
return x;
}
}
public class TestStruct8
{
public int Number = 5;
public struct StructType<T>
{
public T Instance1;
public T Instance2;
public T Instance3;
public T Instance4;
public T Instance5;
public T Instance6;
public T Instance7;
public List<string> List;
}
public int TestMethod()
{
var s = Method1(1);
return s.Instance1;
}
private StructType<int> Method1(int i)
{
return Method2(++i);
}
private StructType<int> Method2(int i)
{
return Method3(++i);
}
private StructType<int> Method3(int i)
{
return Method4(++i);
}
private StructType<int> Method4(int i)
{
var x = new StructType<int>();
x.List = new List<string>();
x.Instance1 = ++i;
return x;
}
}
public class TestClass8
{
public int Number = 5;
public class ClassType<T>
{
public T Instance1;
public T Instance2;
public T Instance3;
public T Instance4;
public T Instance5;
public T Instance6;
public T Instance7;
public List<string> List;
}
public int TestMethod()
{
var s = Method1(1);
return s.Instance1;
}
private ClassType<int> Method1(int i)
{
return Method2(++i);
}
private ClassType<int> Method2(int i)
{
return Method3(++i);
}
private ClassType<int> Method3(int i)
{
return Method4(++i);
}
private ClassType<int> Method4(int i)
{
var x = new ClassType<int>();
x.List = new List<string>();
x.Instance1 = ++i;
return x;
}
}
}
}
结构和类别之间的差异:
结构是值类型,而类是引用类型。结构存储在堆栈上,而类存储在堆值类型将其值保存在声明它们的内存中,但引用类型保存对内存中对象的引用。值类型在作用域丢失后立即销毁,而引用类型仅在作用域丢失后销毁变量。该对象随后被垃圾收集器销毁。将结构复制到另一个结构时,该结构的新副本创建。修改的结构不会影响其他结构。将一个类复制到另一个类时,它只复制参考变量。两个引用变量都指向堆上的同一对象。对一个变量所做的更改将影响另一个参考变量。结构不能有析构函数,但类可以有析构器。结构不能具有显式无参数构造函数,而类可以。结构不支持继承,但类支持支持从接口继承。结构为密封型。
Struct | Class | |
---|---|---|
Type | Value-type | Reference-type |
Where | On stack / Inline in containing type | On Heap |
Deallocation | Stack unwinds / containing type gets deallocated | Garbage Collected |
Arrays | Inline, elements are the actual instances of the value type | Out of line, elements are just references to instances of the reference type residing on the heap |
Al-Del Cost | Cheap allocation-deallocation | Expensive allocation-deallocation |
Memory usage | Boxed when cast to a reference type or one of the interfaces they implement, Unboxed when cast back to value type (Negative impact because boxes are objects that are allocated on the heap and are garbage-collected) |
No boxing-unboxing |
Assignments | Copy entire data | Copy the reference |
Change to an instance | Does not affect any of its copies | Affect all references pointing to the instance |
Mutability | Should be immutable | Mutable |
Population | In some situations | Majority of types in a framework should be classes |
Lifetime | Short-lived | Long-lived |
Destructor | Cannot have | Can have |
Inheritance | Only from an interface | Full support |
Polymorphism | No | Yes |
Sealed | Yes | When have sealed keyword (C#), or Sealed attribute (F#) |
Constructor | Can not have explicit parameterless constructors | Any constructor |
Null-assignments | When marked with nullable question mark | Yes (When marked with nullable question mark in C# 8+ and F# 5+ 1) |
Abstract | No | When have abstract keyword (C#), or AbstractClass attribute (F#) |
Member Access Modifiers | public , private , internal |
public , protected , internal , protected internal , private protected |
1不鼓励在F#中使用null,请改用Option类型。
我♥ 可视化,在这里我创建了一个来展示结构和类之间的基本区别。
以及文本表示,以防万一;)
+--------------------------------------------------+------+----------------------------------------------+
| Struct | | Class |
+--------------------------------------------------+------+----------------------------------------------+
| - 1 per Thread. | | - 1 per application. |
| | | |
| - Holds value types. | | - Holds reference types. |
| | | |
| - Types in the stack are positioned | | - No type ordering (data is fragmented). |
| using the LIFO principle. | | |
| | | |
| - Can't have a default constructor and/or | | - Can have a default constructor |
| finalizer(destructor). | | and/or finalizer. |
| | | |
| - Can be created with or without a new operator. | | - Can be created only with a new operator. |
| | | |
| - Can't derive from the class or struct | VS | - Can have only one base class and/or |
| but can derive from the multiple interfaces. | | derive from multiple interfaces. |
| | | |
| - The data members can't be protected. | | - Data members can be protected. |
| | | |
| - Function members can't be | | - Function members can be |
| virtual or abstract. | | virtual or abstract. |
| | | |
| - Can't have a null value. | | - Can have a null value. |
| | | |
| - During an assignment, the contents are | | - Assignment is happening |
| copied from one variable to another. | | by reference. |
+--------------------------------------------------+------+----------------------------------------------+
有关更多信息,请查看以下内容:
类和结构(官方文档)。在类和结构之间选择(官方文档)。
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