C#中struct和class的区别详解

本文详细分析了c#中struct和class的区别，对于c#初学者来说是有必要加以了解并掌握的。

简单来说，struct是值类型，创建一个struct类型的实例被分配在栈上。class是引用类型，创建一个class类型实例被分配在托管堆上。但struct和class的区别远不止这么简单。

概括来讲，struct和class的不同体现在：

● 类是引用类型，struct是值类型
● 在托管堆上创建类的实例，在栈上创建struct实例
● 类实例的赋值，赋的是引用地址，struct实例的赋值，赋的是值
● 类作为参数类型传递，传递的是引用地址，struct作为参数类型传递，传递的是值
● 类没有默认无参构造函数，struct有默认无参构造函数
● 类支持继承，struct不支持继承
● 类偏向于"面向对象",用于复杂、大型数据，struct偏向于"简单值"，比如小于16字节，结构简单
● 类的成员很容易赋初值，很难给struct类型成员赋初值
● 类的实例只能通过new someclass()来创建，struct类型的实例既可以通过new somestruct()来创建，也可以通过somestruct mystruct;来创建

一、从赋值的角度体验struct和class的不同

引用类型赋值，是把地址赋值给了变量

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      sizeclass sizeclass = new sizeclass(){width = 10, length = 10};
      console.writeline("赋值前：width={0},length={1}", sizeclass.width, sizeclass.length);

      var copyofsizeclass = sizeclass;
      copyofsizeclass.length = 5;
      copyofsizeclass.width = 5;
      console.writeline("赋值后：width={0},length={1}",sizeclass.width, sizeclass.length);
      console.readkey();
    }
  }

  public class sizeclass
  {
    public int width { get; set; }
    public int length { get; set; }
  }

  public struct sizestruct
  {
    public int width { get; set; }
    public int length { get; set; }
  }

运行结果如下图所示：

以上，当把sizeclass赋值给copyofsize变量的时候，是把sizeclass所指向的地址赋值给了copyofsize变量，2个变量同时指向同一个地址。所以，当改变copyofsizeclass变量的值，也相当于改变了sizeclass的值。

struct类型赋值，是完全拷贝，在栈上多了一个完全一样的变量

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      sizestruct sizestruct = new sizestruct(){length = 10, width = 10};
      console.writeline("赋值前：width={0},length={1}", sizestruct.width, sizestruct.length);

      var copyofsizestruct = sizestruct;
      copyofsizestruct.length = 5;
      copyofsizestruct.width = 5;
      console.writeline("赋值后：width={0},length={1}", sizestruct.width, sizestruct.length);
      console.readkey();
    }
  }

程序运行结果如下图所示：

以上，当把sizestruct赋值给copyofsizestruct变量的时候，是完全拷贝，改变copyofsizestruct的值不会影响到sizestruct。

二、从参数传值角度体验struct和class的不同

引用类型参数传递的是地址

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      list<string> temp = new list<string>(){"my","god"};
      temp.foreach(t => console.write(t + " "));
      console.readkey();
    }

    public static void changereferencetype(list<string> list)
    {
      list = new list<string>(){"hello", "world"};
    }
  }

运行结果：my god

为什么不是hello world？
→栈上的temp指向托管堆上的一个集合实例
→当temp放到changereferencetype(temp)方法中，本质是把temp指向的地址赋值给了变量list
→在changereferencetype(list<string> list)方法内部，又把变量list的指向了另外一个集合实例地址
→但temp的指向地址一直没有改变

我们再来改变changereferencetype(list<string> list)内部实现方式，其它不变。

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      list<string> temp = new list<string>(){"my","god"};      
      changereferencetype(temp);
      temp.foreach(t => console.write(t + " "));
      console.readkey();
    }

    public static void changereferencetype(list<string> list)
    {
      list.clear();
      list.add("hello");
      list.add("world");
    }
  }

运行结果：hello world

为什么不是my god？ 
→栈上的temp指向托管堆上的一个集合实例
→当temp放到changereferencetype(temp)方法中，本质是把temp指向的地址赋值给了变量list
→在changereferencetype(list<string> list)方法内部，把temp和list共同指向的实例清空，又添加"hello"和"world"2个元素
→由于list和temp指向的实例是一样的，所以改变list指向的实例就等同于改变temp指向的实例

以上，很好地说明了：引用类型参数传递的是地址。

值类型struct参数传递的是值

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      size s = new size(){length = 10, width = 10};
      changestructtype(s);
      console.write("length={0},width={1}", s.length,s.width);
      console.readkey();
    }

    public static void changestructtype(size size)
    {
      size.length = 0;
      size.width = 0;
    }
  }

  public struct size
  {
    public int length { get; set; }
    public int width { get; set; }
  }

运行结果如下图所示：

为什么length和width不是0呢？
→在栈上变量size
→当通过changestructtype(size)，把s变量赋值给changestructtype(size size)中的size变量，其本质是在栈上又创建了一个变量size，size的值和s是完全一样的
→在changestructtype(size size)内部改变size的值，与变量s毫无关系

三、从struct类型的struct类型属性和struct引用类型属性体验struct和class的不同

假设有一个struct，它有struct类型的属性

以下， struct类型room有struct类型的属性tablesize和tvsize，我们如何通过room实例来修改其struct类型的属性值呢？

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      room r = new room()
      {
        tablesize = new size(){length = 100, width = 80},
        tvsize = new size(){length = 10, width = 8}
      };

      r.tablesize.length = 0;
      
      console.writeline("table目前的尺寸是：length={0},width={1}", r.tablesize.length, r.tablesize.width);
      console.readkey();
    }
  }

  public struct size
  {
    public int length { get; set; }
    public int width { get; set; }
  }

  public struct room
  {
    public size tablesize { get; set; }
    public size tvsize { get; set; }
  }

以上，r.tablesize.length = 0；此处会报错：不能修改r.tablesize的值，因为不是变量。的确，r.tablesize只是size的一份拷贝，而且也没有赋值给其它变量，所以r.tablesize是临时的，会被自动回收，对其赋值也是没有意义的。

 如果要修改r.tablesize，只需把

r.tablesize.length = 0;

改成如下：

r.tablesize = new size(){length = 0, width = 0};

运行结果如下图所示：

可见，改变struct类型的struct类型属性的某个属性是行不通的，因为像以上r.tablesize只是一份拷贝，是临时的，会被自动回收的。要改变struct类型的struct类型属性，就需要像上面一样，给r.tablesize赋上一个完整的size实例。

假设有一个struct，它有引用类型的属性呢？

以下，struct类型的room有引用类型属性，tablesize和tvsize,如何通过room实例来修改其引用类型的属性值呢？并且，我们在类size中定义了一个事件，当给size的属性赋值时就触发事件，提示size类的属性值发生了改变。

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      var onesize = new size() {length = 10, width = 10};
      var twosize = onesize;

      onesize.changed += (s, e) => console.write("size发生了改变~~");
      onesize.length = 0;
      console.readkey();
    }
  }

  public class size
  {
    private int _length;
    private int _width;

    public event system.eventhandler changed;

    public int length
    {
      get { return _length; }
      set
      {
        _length = value;
        onchanged();
      }
    }

    public int width
    {
      get { return _width; }
      set { _width = value; onchanged(); }
    }

    private void onchanged()
    {
      if (changed != null)
      {
        changed(this, new eventargs());
      }
    }
  }

  public struct room
  {
    public size tablesize { get; set; }
    public size tvsize { get; set; }
  }

运行，显示：size发生了改变~~

对onesize.length的修改，实际上修改的是onesize.length指向托管堆上的实例。

四、从构造函数体验struct和class的不同

struct类型包含隐式的默认无参构造函数

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      var size = new sizestruct();
      console.writeline("length={0},width={1}", size.length, size.width);
      console.readkey();
    }
  }

  public struct sizestruct
  {
    public int length { get; set; }
    public int width { get; set; }
  }

运行结果如下图所示：

为什么我们没有给sizestruct定义无参构造函数，而没有报错？
--因为，struct类型有一个隐式的无参构造函数，并且给所有的成员赋上默认值,int类型属性成员的默认值是0。

类不包含隐式无参构造函数

class program
  {
    static void main(string[] args)
    {
      var size = new sizeclass();
      console.writeline("length={0},width={1}", size.length, size.width);
      console.readkey();
    }
  }

  public class sizeclass
  {
    public int length { get; set; }
    public int width { get; set; }

    public sizeclass(int length, int width)
    {
      length = length;
      width = width;
    }
  }

运行，报错：sizeclass不包含0个参数的构造函数

五、从给类型成员赋初值体验struct和class的不同

如果直接给字段赋初值。

public struct sizestruct
  {
    public int _length = 10;
  }

运行，报错：结构中不能有实例字段初始值设定项

如果通过构造函数给字段赋初值。

public struct sizestruct
  {
    public int _length;

    public sizestruct()
    {
      _length = 10;
    }
  }

运行，报错：结构中不能包含显式无参数构造函数

可见，给struct类型成员赋初值是不太容易的，而给class成员赋初值,no problem。

何时使用struct，何时使用class?

在多数情况下，推荐使用class类，因为无论是类的赋值、作为参数类型传递，还是返回类的实例，实际拷贝的是托管堆上引用地址，也就大概4个字节，这非常有助于性能的提升。

而作为struct类型，无论是赋值，作为参数类型传递，还是返回struct类型实例，是完全拷贝，会占用栈上的空间。根据microsoft's value type recommendations，在如下情况下，推荐使用struct：

● 小于16个字节
● 偏向于值，是简单数据，而不是偏向于"面向对象"
● 希望值不可变