什么时候应该在C#中使用结构而不是类?我的概念模型是,当项只是值类型的集合时,使用结构。一种将它们逻辑地结合在一起的方法。

我在这里遇到了这些规则:

结构应表示单个价值结构应具有内存占用空间小于16字节。结构不应在之后更改创造

这些规则有效吗?结构在语义上意味着什么?


当前回答

这是一条基本规则。

如果所有成员字段都是值类型,则创建一个结构。如果任何一个成员字段是引用类型,请创建一个类。这是因为引用类型字段无论如何都需要堆分配。

Exmaples公司

public struct MyPoint 
{
    public int X; // Value Type
    public int Y; // Value Type
}

public class MyPointWithName 
{
    public int X; // Value Type
    public int Y; // Value Type
    public string Name; // Reference Type
}

其他回答

我不同意原帖子中给出的规则。以下是我的规则:

当存储在数组中时,可以使用结构来提高性能。(另请参见结构何时是答案?)在向C/C传递结构化数据的代码中需要它们++除非需要,否则不要使用结构:它们的行为与赋值下的“正常对象”(引用类型)不同当作为参数传递时,这可能导致意外行为;如果查看代码的人不知道他们正在处理一个结构。它们不能被继承。将结构作为参数传递比类更昂贵。

我用BenchmarkDotNet做了一个小的基准测试,以更好地理解数字中的“结构”好处。我正在测试遍历结构(或类)数组(或列表)的循环。创建这些数组或列表超出了基准测试的范围——很明显,“类”更重会占用更多内存,并且会涉及GC。

因此,结论是:小心LINQ和隐藏结构装箱/拆箱,并使用结构进行微优化严格遵守数组。

P.S.关于通过调用堆栈传递结构/类的另一个基准是https://stackoverflow.com/a/47864451/506147

BenchmarkDotNet=v0.10.8, OS=Windows 10 Redstone 2 (10.0.15063)
Processor=Intel Core i5-2500K CPU 3.30GHz (Sandy Bridge), ProcessorCount=4
Frequency=3233542 Hz, Resolution=309.2584 ns, Timer=TSC
  [Host] : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.7.2101.1
  Clr    : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.7.2101.1
  Core   : .NET Core 4.6.25211.01, 64bit RyuJIT


          Method |  Job | Runtime |      Mean |     Error |    StdDev |       Min |       Max |    Median | Rank |  Gen 0 | Allocated |
---------------- |----- |-------- |----------:|----------:|----------:|----------:|----------:|----------:|-----:|-------:|----------:|
   TestListClass |  Clr |     Clr |  5.599 us | 0.0408 us | 0.0382 us |  5.561 us |  5.689 us |  5.583 us |    3 |      - |       0 B |
  TestArrayClass |  Clr |     Clr |  2.024 us | 0.0102 us | 0.0096 us |  2.011 us |  2.043 us |  2.022 us |    2 |      - |       0 B |
  TestListStruct |  Clr |     Clr |  8.427 us | 0.1983 us | 0.2204 us |  8.101 us |  9.007 us |  8.374 us |    5 |      - |       0 B |
 TestArrayStruct |  Clr |     Clr |  1.539 us | 0.0295 us | 0.0276 us |  1.502 us |  1.577 us |  1.537 us |    1 |      - |       0 B |
   TestLinqClass |  Clr |     Clr | 13.117 us | 0.1007 us | 0.0892 us | 13.007 us | 13.301 us | 13.089 us |    7 | 0.0153 |      80 B |
  TestLinqStruct |  Clr |     Clr | 28.676 us | 0.1837 us | 0.1534 us | 28.441 us | 28.957 us | 28.660 us |    9 |      - |      96 B |
   TestListClass | Core |    Core |  5.747 us | 0.1147 us | 0.1275 us |  5.567 us |  5.945 us |  5.756 us |    4 |      - |       0 B |
  TestArrayClass | Core |    Core |  2.023 us | 0.0299 us | 0.0279 us |  1.990 us |  2.069 us |  2.013 us |    2 |      - |       0 B |
  TestListStruct | Core |    Core |  8.753 us | 0.1659 us | 0.1910 us |  8.498 us |  9.110 us |  8.670 us |    6 |      - |       0 B |
 TestArrayStruct | Core |    Core |  1.552 us | 0.0307 us | 0.0377 us |  1.496 us |  1.618 us |  1.552 us |    1 |      - |       0 B |
   TestLinqClass | Core |    Core | 14.286 us | 0.2430 us | 0.2273 us | 13.956 us | 14.678 us | 14.313 us |    8 | 0.0153 |      72 B |
  TestLinqStruct | Core |    Core | 30.121 us | 0.5941 us | 0.5835 us | 28.928 us | 30.909 us | 30.153 us |   10 |      - |      88 B |

代码:

[RankColumn, MinColumn, MaxColumn, StdDevColumn, MedianColumn]
    [ClrJob, CoreJob]
    [HtmlExporter, MarkdownExporter]
    [MemoryDiagnoser]
    public class BenchmarkRef
    {
        public class C1
        {
            public string Text1;
            public string Text2;
            public string Text3;
        }

        public struct S1
        {
            public string Text1;
            public string Text2;
            public string Text3;
        }

        List<C1> testListClass = new List<C1>();
        List<S1> testListStruct = new List<S1>();
        C1[] testArrayClass;
        S1[] testArrayStruct;
        public BenchmarkRef()
        {
            for(int i=0;i<1000;i++)
            {
                testListClass.Add(new C1  { Text1= i.ToString(), Text2=null, Text3= i.ToString() });
                testListStruct.Add(new S1 { Text1 = i.ToString(), Text2 = null, Text3 = i.ToString() });
            }
            testArrayClass = testListClass.ToArray();
            testArrayStruct = testListStruct.ToArray();
        }

        [Benchmark]
        public int TestListClass()
        {
            var x = 0;
            foreach(var i in testListClass)
            {
                x += i.Text1.Length + i.Text3.Length;
            }
            return x;
        }

        [Benchmark]
        public int TestArrayClass()
        {
            var x = 0;
            foreach (var i in testArrayClass)
            {
                x += i.Text1.Length + i.Text3.Length;
            }
            return x;
        }

        [Benchmark]
        public int TestListStruct()
        {
            var x = 0;
            foreach (var i in testListStruct)
            {
                x += i.Text1.Length + i.Text3.Length;
            }
            return x;
        }

        [Benchmark]
        public int TestArrayStruct()
        {
            var x = 0;
            foreach (var i in testArrayStruct)
            {
                x += i.Text1.Length + i.Text3.Length;
            }
            return x;
        }

        [Benchmark]
        public int TestLinqClass()
        {
            var x = testListClass.Select(i=> i.Text1.Length + i.Text3.Length).Sum();
            return x;
        }

        [Benchmark]
        public int TestLinqStruct()
        {
            var x = testListStruct.Select(i => i.Text1.Length + i.Text3.Length).Sum();
            return x;
        }
    }

.NET支持值类型和引用类型(在Java中,只能定义引用类型)。引用类型的实例在托管堆中分配,并且在没有未完成的引用时被垃圾收集。另一方面,值类型的实例是在堆栈中分配的,因此一旦其作用域结束,分配的内存就会被回收。当然,值类型通过值传递,引用类型通过引用传递。除了System.String之外,所有C#原语数据类型都是值类型。

何时在类上使用结构,

在C#中,结构是值类型,类是引用类型。您可以使用enum关键字和struct关键字在C#中创建值类型。使用值类型而不是引用类型将导致托管堆上的对象减少,从而减少垃圾收集器(GC)的负载,减少GC周期,从而提高性能。然而,价值类型也有其缺点。传递一个大结构肯定比传递一个引用成本更高,这是一个明显的问题。另一个问题是与装箱/拆箱相关的开销。如果您想知道装箱/拆箱是什么意思,请按照以下链接了解装箱和拆箱的详细说明。除了性能之外,有时您只需要类型具有值语义,如果引用类型是您的全部,那么这将很难实现(或者很难看)。当您需要复制语义或需要自动初始化时(通常在这些类型的数组中),您应该只使用值类型。

结构在大多数方面类似于类/对象。结构可以包含函数、成员,并且可以继承。但C#中的结构仅用于数据保存。结构比类占用更少的RAM,并且垃圾收集器更容易收集。但当您在结构中使用函数时,编译器实际上采用的结构与类/对象非常相似,所以如果您想要使用函数,请使用类/对象。

除了运行时直接使用的值类型和其他用于PInvoke的值类型之外,您只能在两种情况下使用值类型。

当您需要复制语义时。当您需要自动初始化时,通常在这些类型的数组中。