C#中的类与结构体

luobo · 2025 年3 月 23 日 13:20

以下内容生成模型：QwQ-32B，生成时间：2025 03-11 15:03

在 C# 中，类（Class） 和 结构体（Struct） 都是自定义类型的机制，但它们在内存管理、性能、用途等方面有显著差异。以下是它们的 异同点对比：

核心区别

特性	类（Class）	结构体（Struct）
类型分类	引用类型（存储在堆上）。	值类型（存储在栈上或局部变量所在内存位置）。
继承	支持继承（可继承其他类，实现接口）。	不能继承其他结构体，但可以实现接口。
默认值	默认初始化为 `null`。	默认值为各字段的默认值（如 `0`, `false` 等）。
构造函数	可以定义无参数或带参数的构造函数。	不能定义无参数构造函数（但可以有带参数的）。
析构函数	支持析构函数（`~ClassName()`）。	不支持析构函数。
装箱/拆箱	不涉及。	作为值类型，装箱（Boxing）会隐式转换为对象（引用类型），拆箱（Unboxing）会还原。
性能	对象分配在堆上，GC 管理内存，适合复杂对象。	值类型，适合轻量级数据，避免频繁堆分配。
默认行为	可以有 `null` 值。	不能为 `null`（除非使用 `Nullable<T>`）。

相同点

均可定义成员：字段、方法、属性、事件等。
均可实现接口：通过 interface 关键字。
均可有构造函数：但结构体不能有无参数构造函数。
可包含静态成员：如静态方法、静态字段。

具体示例

类示例

public class Person {
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    // 无参数构造函数
    public Person() { }

    // 有参数构造函数
    public Person(string name, int age) {
        Name = name;
        Age = age;
    }

    // 方法
    public void SayHello() {
        Console.WriteLine($"Hello, my name is {Name}!");
    }
}

// 使用类
Person p = new Person("Alice", 30); // 堆上分配
Person p2 = p; // p2 是 p 的引用拷贝

结构体示例

public struct Point {
    public int X;
    public int Y;

    // 带参数构造函数
    public Point(int x, int y) {
        X = x;
        Y = y;
    }

    // 方法
    public void Print() {
        Console.WriteLine($"({X}, {Y})");
    }
}

// 使用结构体
Point pt1 = new Point(1, 2); // 栈上分配
Point pt2 = pt1; // pt2 是 pt1 的值拷贝（深拷贝）

关键差异详解

(1) 内存分配

类：实例存储在堆中，通过引用访问。
结构体：实例存储在栈（局部变量）或直接内联在包含它的对象中（如作为类的字段），按值传递。

(2) 默认实例化

类：未初始化时默认值为 null。
```
Person p = null; // 合法
```
结构体：无法为 null（除非使用 Nullable<Point>）。
```
Point pt = default; // 默认值为 Point { X = 0, Y = 0 }
```

(3) 拷贝行为

类：赋值或传递时传递引用（浅拷贝）。
结构体：赋值或传递时创建值的拷贝（深拷贝）。

(4) 性能

结构体：适合小数据（如坐标、颜色），避免频繁堆分配和垃圾回收。
类：适合复杂对象（如 Person、Car），因为它们通常需要引用传递和继承。

(5) 装箱与拆箱

结构体：作为值类型，装箱会隐式转换为 object（引用类型）：

int num = 10;
object obj = num; // 装箱（Boxing）
int num2 = (int)obj; // 拆箱（Unboxing）

选择类还是结构体？

使用类的场景

对象较大或复杂（如包含多个字段或引用其他对象）。
需要继承、抽象类或接口继承。
需要 null 值表示“不存在”。
需要动态内存分配（如集合中的元素）。

使用结构体的场景

数据量小且固定（如 Point, Color）。
需要按值传递（避免引用共享）。
频繁创建和销毁对象（减少 GC 压力）。
需要与 C 或 C++ 的值类型交互（如 P/Invoke）。

数据承载用结构体，既承载数据又包含方法的用类。

总结表格

特性	类	结构体
内存分配	堆	栈或内联
默认值	`null`	各字段的默认值
拷贝行为	引用拷贝（浅拷贝）	值拷贝（深拷贝）
继承	支持	不支持（只能实现接口）
装箱/拆箱	无	有
适用场景	复杂对象、需要继承	轻量级数据、性能敏感

关键代码示例对比

拷贝行为

// 类的引用拷贝
Person p1 = new Person { Name = "Alice" };
Person p2 = p1; 
p2.Name = "Bob";
Console.WriteLine(p1.Name); // 输出 "Bob"（引用共享）

// 结构体的值拷贝
Point pt1 = new Point { X = 1 };
Point pt2 = pt1;
pt2.X = 2;
Console.WriteLine(pt1.X); // 输出 1（独立拷贝）

通过理解这些差异，可以根据具体需求选择类或结构体，从而优化代码的性能、可维护性和可读性。

菜鸟教程

值类型 vs 引用类型：

结构是值类型（Value Type）： 结构是值类型，它们在栈上分配内存，而不是在堆上。当将结构实例传递给方法或赋值给另一个变量时，将复制整个结构的内容。
类是引用类型（Reference Type）： 类是引用类型，它们在堆上分配内存。当将类实例传递给方法或赋值给另一个变量时，实际上是传递引用（内存地址）而不是整个对象的副本。

继承和多态性：

结构不能继承： 结构不能继承其他结构或类，也不能作为其他结构或类的基类。
类支持继承： 类支持继承和多态性，可以通过派生新类来扩展现有类的功能。

默认构造函数：

结构不能有无参数的构造函数： 结构不能包含无参数的构造函数。
类可以有无参数的构造函数： 类可以包含无参数的构造函数，如果没有提供构造函数，系统会提供默认的无参数构造函数。

赋值行为：

类型为类的变量在赋值时存储的是引用，因此两个变量指向同一个对象。
结构变量在赋值时会复制整个结构，因此每个变量都有自己的独立副本。

传递方式：

类型为类的对象在方法调用时通过引用传递，这意味着在方法中对对象所做的更改会影响到原始对象。
结构对象通常通过值传递，这意味着传递的是结构的副本，而不是原始结构对象本身。因此，在方法中对结构所做的更改不会影响到原始对象。

可空性：

结构体是值类型，不能直接设置为 null: 为 null 是引用类型的默认值，而不是值类型的默认值。如果你需要表示结构体变量的缺失或无效状态，可以使用 Nullable\<T> 或称为 T? 的可空类型。
类默认可为null： 类的实例默认可以为 null，因为它们是引用类型。

性能和内存分配：

结构通常更轻量： 由于结构是值类型且在栈上分配内存，它们通常比类更轻量，适用于简单的数据表示。
类可能有更多开销： 由于类是引用类型，可能涉及更多的内存开销和管理。