结构介绍，结构与类的区别

我被代码海扁署名-非商业-禁演绎

阅读 6:35·字数 1979·发布 2024-1-16

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前提

阅读本节的前提是对值类型，引用类型，栈，堆等概念有所掌握，你可以查看栈，堆，指针介绍一节来了解他们。

需要说明，本节的“类₁”一词，表示与结构无关的类，如果语言将所有数据类型均视为类的话。

结构

结构（Structure）也被称为结构体，他会通过一系列成员来存储数据，这看上去和类₁有点相似，但类₁通常更注重功能，而结构则以数据为重点，即便在某些语言中，结构可以拥有自己的方法。

另外，结构是值类型，而类₁通常是引用类型，虽然结构本身可能也是类的一种，但特定的约束将使其具有确定的存储空间，以符合值类型的要求。

为何使用结构？

想必结构的设计初衷与类是相同的，没有人愿意面对重复而枯燥的代码，在不影响可读性的情况下，少定义一些变量，何乐而不为哪？从凌乱走向简洁，没有人会拒绝。

结构的成员

如前所述，结构以数据为重点，因此，字段是他的标准成员，如果你将值类型和引用类型的不同，视为结构和类₁的本质区别，那么结构拥有类₁的其他特点将是可以理解的。比如在 C# 中，从代码上看，结构和类₁的界线已经越来越模糊了，结构的成员已经拓展到了属性，方法，构造器。

下面的 C# 结构MyDate拥有三个字段Year，Month，Day，以及一个构造器。

structures.cs

// 结构 MyDate，表示日期
struct MyDate
{
	// 字段 Year，表示年份
	public int Year;
	// 字段 Month，表示月份
	public int Month;
	// 字段 Day，表示一月中的第几天
	public int Day;


	// 构造器
	public MyDate(int year, int month, int day)
	{
		// 初始化结构的字段
		Year = year;
		Month = month;
		Day = day;
	}
}

结构的成员访问级别

对于结构的某些成员，比如字段，其访问级别应该默认为公共，原因很简单，既然侧重于数据，那么定义的字段多半是提供给外部访问的。当然，是否默认为公共，语言会有自己的决定。

结构和运行效率

值类型和默认的值传递，可能会使采用结构的逻辑运行效率降低，当结构包含大量数据并且代码中存在频繁的赋值行为时，因为这将导致需要进行反复且代价不菲的结构创建。

如何解决结构可能带来的效率问题？

这里有两种可能的方案，将值传递改为引用传递，或者，将结构改为类₁。引用传递可以减少结构的创建次数，本应被创建的副本会被本体取代，这种方案需要语言给予支持。改为类₁只能是尝试性的，因为类₁的创建同样是耗时的，如果不能从逻辑上大量减少其创建次数，那么你将不会从使用类₁中受益。

无论采用哪种方案，请确保原本需要实现的业务目标不会受到影响。当然，检查设计也是必要的，或许结构本身就不应该包含如此众多的数据。

创建结构MyDate的实例后，尝试通过先赋值再设置的方式修改月份，发现结果显示的月份依然为1，这是因为赋值产生了新的MyDate实例。

*.cs

// 创建结构 MyDate 的实例
MyDate date = new(2024, 1, 16);


// 尝试增加月份
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
	// 由于结构是值类型，默认的值传递将产生一个新的结构实例
	MyDate newDate = date;
	newDate.Month++;
}


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

日期为：2024-1-16

将定义变量newDate的语句改为引用传递的方式后，再次运行程序，月份显示为6。

*.cs

// 采用引用传递不会产生新的实例，修改月份得到了满意的效果
ref MyDate newDate = ref date;

日期为：2024-6-16

结构的引用类型成员

虽然结构是值类型，但其成员却可以是引用类型，当该成员存储某个类₁的实例时。事实上，该措施是必须的，因为你不可能将空间大小不确定的目标放入栈中，取而代之的只能是对该目标的引用。当然，这意味着结构实例和他的副本可能会用到某个类₁的同一个实例。

下面，为结构MyDate增加一个引用类型的字段Todo。

structures.cs

// 结构 MyDate，表示日期
struct MyDate
{
	// …
	// 字段 Todo，表示当天需要完成的事情
	public TODO Todo = new();
	// …
}


// 类 TODO，表示需要完成的事情
class TODO
{
	// 属性 Content，表示事情的内容
	public string Content { get; set; } = string.Empty;
}

创建MyDate的实例，并通过赋值的方式产生一个该实例的副本，通过dateTodo的Todo字段修改TODO实例的Content属性，发现dateRest也受到了影响，因为他们使用了同一个TODO实例。

*.cs

// 创建 MyDate 的实例 dateRest
MyDate dateRest = new(2000, 1, 16);
// 修改 Todo 表示的 TODO 实例的 Content 属性
dateRest.Todo.Content = "没什么事情";


// 创建 MyDate 的实例 dateTodo
MyDate dateTodo = dateRest;
// 修改年份
dateTodo.Year = 2024;
// 修改 Todo 表示的 TODO 实例的 Content 属性
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

源码

structures.cs·codebeatme/programming·GitHub