結構介紹，結構與類別的區別

我被程式碼海扁 @codebeatme

閱讀 6:47·字數 2039·發佈 2024-1-16

先決條件
閱讀本節的先決條件是對實值型別，參考型別，堆疊，堆積等概念有所掌握，你可以檢視堆疊，堆積，指針介紹一節來了解他們。

需要說明，本節的“類別₁”一詞，表示與結構無關的類別，如果語言將所有資料型別均視為類別的話。

結構

結構（Structure）也被稱為結構體，他會通過一系列成員來儲存資料，這看上去和類別₁有點相似，但類別₁通常更註重功能，而結構則以資料為重點，即便在某些語言中，結構可以擁有自己的方法。

另外，結構是實值型別，而類別₁通常是參考型別，雖然結構本身可能也是類別的一種，但特定的約束將使其具有確定的儲存空間，以符合實值型別的要求。

為何使用結構？
想必結構的設計初衷與類別是相同的，沒有人願意面對重複而枯燥的程式碼，在不影響可讀性的情況下，少定義一些變數，何樂而不為哪？從淩亂走向簡潔，沒有人會拒絕。

結構的成員

如前所述，結構以資料為重點，因此，欄位是他的標準成員，如果你將實值型別和參考型別的不同，視為結構和類別₁的本質區別，那麽結構擁有類別₁的其他特點將是可以理解的。比如在 C# 中，從程式碼上看，結構和類別₁的界線已經越來越模糊了，結構的成員已經拓展到了屬性，方法，建構子。

下面的 C# 結構MyDate擁有三個欄位Year，Month，Day，以及一個建構子。

structures.cs

// 結構 MyDate，表示日期
struct MyDate
{
	// 欄位 Year，表示年份
	public int Year;
	// 欄位 Month，表示月份
	public int Month;
	// 欄位 Day，表示一月中的第幾天
	public int Day;


	// 建構子
	public MyDate(int year, int month, int day)
	{
		// 初始化結構的欄位
		Year = year;
		Month = month;
		Day = day;
	}
}

結構的成員存取層級

對於結構的某些成員，比如欄位，其存取層級應該預設為公用，原因很簡單，既然側重於資料，那麽定義的欄位多半是提供給外部存取的。當然，是否預設為公用，語言會有自己的決定。

結構和執行效率

實值型別和預設的傳值，可能會使采用結構的邏輯執行效率降低，當結構包含大量資料並且程式碼中存在頻繁的指派行為時，因為這將導致需要進行反覆且代價不菲的結構建立。

如何解決結構可能帶來的效率問題？
這裏有兩種可能的方案，將傳值改為傳址，或者，將結構改為類別₁。傳址可以減少結構的建立次數，本應被建立的復本會被本體取代，這種方案需要語言給予支援。改為類別₁只能是嘗試性的，因為類別₁的建立同樣是耗時的，如果不能從邏輯上大量減少其建立次數，那麽你將不會從使用類別₁中受益。

無論采用哪種方案，請確保原本需要實作的業務目標不會受到影響。當然，檢查設計也是必要的，或許結構本身就不應該包含如此眾多的資料。

建立結構MyDate的執行個體後，嘗試通過先指派再設定的方式修改月份，發現結果顯示的月份依然為1，這是因為指派產生了新的MyDate執行個體。

*.cs

// 建立結構 MyDate 的執行個體
MyDate date = new(2024, 1, 16);


// 嘗試增加月份
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
	// 由於結構是實值型別，預設的傳值將產生一個新的結構執行個體
	MyDate newDate = date;
	newDate.Month++;
}


Console.WriteLine($"日期為：{date.Year}-{date.Month}-{date.Day}");

日期為：2024-1-16

將定義變數newDate的陳述式改為傳址的方式後，再次執行程式，月份顯示為6。

*.cs

// 采用傳址不會產生新的執行個體，修改月份得到了滿意的效果
ref MyDate newDate = ref date;

日期為：2024-6-16

結構的參考型別成員

雖然結構是實值型別，但其成員卻可以是參考型別，當該成員儲存某個類別₁的執行個體時。事實上，該措施是必須的，因為你不可能將空間大小不確定的目標放入堆疊中，取而代之的只能是對該目標的參考。當然，這意味著結構執行個體和他的復本可能會用到某個類別₁的同一個執行個體。

下面，為結構MyDate增加一個參考型別的欄位Todo。

structures.cs

// 結構 MyDate，表示日期
struct MyDate
{
	// …
	// 欄位 Todo，表示當天需要完成的事情
	public TODO Todo = new();
	// …
}


// 類別 TODO，表示需要完成的事情
class TODO
{
	// 屬性 Content，表示事情的內容
	public string Content { get; set; } = string.Empty;
}

建立MyDate的執行個體，並通過指派的方式產生一個該執行個體的復本，通過dateTodo的Todo欄位修改TODO執行個體的Content屬性，發現dateRest也受到了影響，因為他們使用了同一個TODO執行個體。

*.cs

// 建立 MyDate 的執行個體 dateRest
MyDate dateRest = new(2000, 1, 16);
// 修改 Todo 表示的 TODO 執行個體的 Content 屬性
dateRest.Todo.Content = "沒什麽事情";


// 建立 MyDate 的執行個體 dateTodo
MyDate dateTodo = dateRest;
// 修改年份
dateTodo.Year = 2024;
// 修改 Todo 表示的 TODO 執行個體的 Content 屬性
dateTodo.Todo.Content = "有事了";


Console.WriteLine($"{dateRest.Year}-{dateRest.Month}-{dateRest.Day}：{dateRest.Todo.Content}");
Console.WriteLine($"{dateTodo.Year}-{dateTodo.Month}-{dateTodo.Day}：{dateTodo.Todo.Content}");

2000-1-16：有事了
2024-1-16：有事了

程式碼

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