[你必須知道的.NET] 第四回：后來居上：class和struct
發布日期：2007.4.24 作者：Anytao
?2007 Anytao.com ，原創作品，轉貼請注明作者和出處。
本文將介紹以下內容：
? 面向對象基本概念
? 類和結構體簡介
? 引用類型和值類型區別
1. 引言
提起class和struct，我們首先的感覺是語法幾乎相同，待遇卻翻天復地。歷史將接力棒由面向過程編程傳到面向對象編程，class和struct也背負著各自的命運前行。在我認為，struct英雄遲暮，class天下獨行，最本質的區別是class是引用類型，而struct是值類型，它們在內存中的分配情況有所區別。由此產生的一系列差異性，本文將做以全面討論。
2. 基本概念
2.1. 什么是class?
class（類）是面向對象編程的基本概念，是一種自定義數據結構類型，通常包含字段、屬性、方法、屬性、構造函數、索引器、操作符等。因為是基本的概念，所以不必在此詳細描述，讀者可以查詢相關概念了解。我們重點強調的是.NET中，所有的類都最終繼承自System.Object類，因此是一種引用類型，也就是說，new一個類的實例時，對象保存了該實例實際數據的引用地址，而對象的值保存在托管堆（managed heap）中。
2.2. 什么是struct?
struct（結構）是一種值類型，用于將一組相關的信息變量組織為一個單一的變量實體 。所有的結構都繼承自System.ValueType類，因此是一種值類型，也就是說，struct實例分配在線程的堆棧（stack）上，它本身存儲了值，而不包含指向該值的指針。所以在使用struct時，我們可以將其當作int、char這樣的基本類型類對待。
相同點：語法類似。
不同點：
- class是引用類型，繼承自System.Object類；struct是值類型，繼承自System.ValueType類，因此不具多態性。但是注意，System.ValueType是個引用類型。
- 從職能觀點來看，class表現為行為；而struct常用于存儲數據。
- class支持繼承，可以繼承自類和接口；而struct沒有繼承性，struct不能從class繼承，也不能作為class的基類，但struct支持接口繼承（記得嗎，《第二回：對抽象編程：接口和抽象類》也做過討論）
- class可以聲明無參構造函數，可以聲明析構函數；而struct只能聲明帶參數構造函數，且不能聲明析構函數。因此，struct沒有自定義的默認無參構造函數，默認無參構造器只是簡單地把所有值初始化為它們的0等價值
- 實例化時，class要使用new關鍵字；而struct可以不使用new關鍵字，如果不以new來實例化struct，則其所有的字段將處于未分配狀態，直到所有字段完成初始化，否則引用未賦值的字段會導致編譯錯誤。
- class可以實抽象類（abstract），可以聲明抽象函數；而struct為抽象，也不能聲明抽象函數。
- class可以聲明protected成員、virtual成員、sealed成員和override成員；而struct不可以，但是值得注意的是，struct可以重載System.Object的3個虛方法，Equals()、ToString()和GetHashTable()。
- class的對象復制分為淺拷貝和深拷貝（該主題我們在本系列以后的主題中將重點講述，本文不作詳述），必須經過特別的方法來完成復制；而struct創建的對象復制簡單，可以直接以等號連接即可。
- class實例由垃圾回收機制來保證內存的回收處理；而struct變量使用完后立即自動解除內存分配。
- 作為參數傳遞時，class變量是以按址方式傳遞；而struct變量是以按值方式傳遞的。
我們可以簡單的理解，class是一個可以動的機器，有行為，有多態，有繼承；而struct就是個零件箱，組合了不同結構的零件。其實，class和struct最本質的區別就在于class是引用類型，內存分配于托管堆；而struct是值類型，內存分配于線程的堆棧上。由此差異，導致了上述所有的不同點，所以只有深刻的理解內存分配的相關內容，才能更好的駕馭。本系列將再以后的內容中，將引用類型和值類型做以深入的比較和探討，敬請關注。當然正如本文標題描述的一樣，使用class基本可以替代struct的任何場合，class后來居上。雖然在某些方面struct有性能方面的優勢，但是在面向對象編程里，基本是class橫行的天下。
那么，有人不免會提出，既然class幾乎可以完全替代struct來實現所有的功能，那么struct還有存在的必要嗎？答案是，至少在以下情況下，鑒于性能上的考慮，我們應該考慮使用struct來代替class：
- 實現一個主要用于存儲數據的結構時，可以考慮struct。
- struct變量占有堆棧的空間，因此只適用于數據量相對小的場合。
- 結構數組具有更高的效率。
- 提供某些和非托管代碼通信的兼容性。
所有這些是struct有一席之地的理由，當然也許還有其他的更多說法，只是我不知道罷了:-)
4. 經典示例
4.1 小菜一碟
下面以示例為說明，來闡述本文的基本規則，詳細見注釋內容。
（1）定義接口
{
void GetSex();
}
（2）定義類
{
public Person()
{
}
public Person(string name, int age)
{
_name = name;
_age = age;
}
private string _name;
public string Name
{
get { return _name; }
set { _name = value; }
}
private int _age;
public int Age
{
get { return _age; }
set { _age = value; }
}
}
（3）定義結構
struct Family: IPerson
{
public string name;
public int age;
public bool sex;
public string country;
public Person person;
//不可以包含顯式的無參構造函數和析構函數
public Family(string name, int age, bool sex, string country, Person person)
{
this.name = name;
this.age = age;
this.sex = sex;
this.country = country;
this.person = person;
}
//不可以實現protected、virtual、sealed和override成員
public void GetSex()
{
if (sex)
Console.WriteLine(person.Name + " is a boy.");
else
Console.WriteLine(person.Name + " is a girl.");
}
public void ShowPerson()
{
Console.WriteLine("This is {0} from {1}", new Person(name, 22).Name, country);
}
//可以重載ToString虛方法
public override string ToString()
{
return String.Format("{0} is {1}, {2} from {3}", person.Name, age, sex ? "Boy" : "Girl", country);
}
}
（4）測試結構和類
猜猜運行結果如何，可以順便檢查檢查對這個概念的認識。
4.2 .NET研究
在.NET 框架中，System.Drawing命名空間中的有些元素，如System.Drawing.Point就是實現為struct，而不是class。其原因也正在于以上介紹的各方面的權衡，大家可以就此研究研究，可以體會更多。另外，還有以struct實現的System.Guid。
5. 結論
對基本概念的把握，是我們進行技術深入探索的必經之路，本系列的主旨也是能夠從基本框架中，提供給大家一個通向高級技術的必修課程。本文關于class和struct的討論就是如此，在.NET框架中，關于class和struct的討論將涉及到對引用類型和值類型的認識，并且進一步將觸角伸向變量內存分配這一高級主題，所以我們有必要來了解其運行機制，把握區別和應用場合，以便在平常的系統設計中把握好對這一概念層次的把握。
另外，請大家就以下問題進行討論，希望能夠更加清晰本文的拓展：
- struct還主要應用在哪些方面？
- C++和C#中，關于struct的應用又有所不同，這些不同又有哪些區別？
參考文獻
（USA）Stanley B.Lippman, C# Primer
（USA）C# in a Nutshell
溫故知新
[開篇有益]
?2007 Anytao.com
原創作品，轉貼請注明作者和出處，留此信息。
本貼子以“現狀”提供且沒有任何擔保，同時也沒有授予任何權利。
This posting is provided "AS IS" with no warranties, and confers no rights.
Worktile，新一代簡單好用、體驗極致的團隊協同、項目管理工具，讓你和你的團隊隨時隨地一起工作。完全免費，現在就去了解一下吧。
https://worktile.com
浙公網安備 33010602011771號