.NET中的结构和类有什么区别？
当前回答
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}");
}
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;
}
}
}
}
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（）。
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;
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。
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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