.NET中的结构和类有什么区别？
当前回答
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
其他回答
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，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”。
| 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。
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}");
}
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