C#基础-8-结构体与枚举

[luobo (大白萝卜)]

前文：

• C#基础-1-标识符与数据类型
• C#基础-2-类型转换、变量与常量
• C#基础-3-运算符与判断
• C#基础-4-循环与封装
• C#基础-5-方法与可空类型
• C#基础-6-数组和Array类
• C#基础-7-字符串与String类

结构体

在 C# 中，结构体（struct）是一种值类型（value type），用于组织和存储相关数据，使得一个单一变量可以存储各种数据类型的相关数据， struct 关键字用于创建结构体。

假设现在有个图书馆，想要跟踪每本书的动态，那么书可以有以下属性：

• Title：书名
• Author：作者
• Subject：分类
• Book ID：唯一索引ID

定义上述示例中的图书馆中书籍的结构体：

struct Books
{
   public string title;
   public string author;
   public string subject;
   public int book_id;
};  

实例：

using System;
using System.Text;
     
struct Books
{
   public string title;
   public string author;
   public string subject;
   public int book_id;
};  

public class TestStructure
{
   public static void Main(string[] args)
   {

      Books Book1;        // 声明 Book1，类型为 Books
      Books Book2;        // 声明 Book2，类型为 Books

      // Book1 赋值
      Book1.title = "C Programming";
      Book1.author = "Nuha Ali"; 
      Book1.subject = "C Programming Tutorial";
      Book1.book_id = 6495407;

      // Book2 赋值
      Book2.title = "Telecom Billing";
      Book2.author = "Zara Ali";
      Book2.subject =  "Telecom Billing Tutorial";
      Book2.book_id = 6495700;

      // 打印 Book1 信息
      Console.WriteLine($"Book 1 title : {Book1.title}");
      Console.WriteLine($"Book 1 author : {Book1.author}");
      Console.WriteLine($"Book 1 subject : {Book1.subject}");
      Console.WriteLine($"Book 1 book_id :{Book1.book_id}");

      // 打印 Book2 信息
      Console.WriteLine($"Book 2 title : {Book2.title}");
      Console.WriteLine($"Book 2 author : {Book2.author}");
      Console.WriteLine($"Book 2 subject : {Book2.subject}");
      Console.WriteLine($"Book 2 book_id : {Book2.book_id}");       

      Console.ReadKey();
   }
}

输出：

Book 1 title : C Programming
Book 1 author : Nuha Ali
Book 1 subject : C Programming Tutorial
Book 1 book_id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Zara Ali
Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial
Book 2 book_id : 6495700

特点

• 结构可带有方法、字段、索引、属性、运算符方法和事件，适用于表示轻量级数据的情况，如坐标、范围、日期、时间等。
• 结构可定义构造函数，但不能定义析构函数。但是，您不能为结构定义无参构造函数。无参构造函数(默认)是自动定义的，且不能被改变。
• 与类不同，结构不能继承其他的结构或类。
• 结构不能作为其他结构或类的基础结构。
• 结构可实现一个或多个接口。
• 结构成员不能指定为 abstract、virtual 或 protected。
• 当您使用 New 操作符创建一个结构对象时，会调用适当的构造函数来创建结构。与类不同，结构可以不使用 New 操作符即可被实例化。
• 如果不使用 New 操作符，只有在所有的字段都被初始化之后，字段才被赋值，对象才被使用。
• 结构变量通常分配在栈上，这使得它们的创建和销毁速度更快。但是，如果将结构用作类的字段，且这个类是引用类型，那么结构将存储在堆上。
• 结构默认情况下是可变的，这意味着你可以修改它们的字段。但是，如果结构定义为只读，那么它的字段将是不可变的。

类与结构体

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

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。

详见： C#中的类与结构体

写法和调用的异同：

using System;

// 结构声明
struct MyStruct
{
    public int X;
    public int Y;

    // 结构不能有无参数的构造函数
    // public MyStruct()
    // {
    // }

    // 有参数的构造函数
    public MyStruct(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }

    // 结构不能继承
    // struct MyDerivedStruct : MyBaseStruct
    // {
    // }
}

// 类声明
class MyClass
{
    public int X;
    public int Y;

    // 类可以有无参数的构造函数
    public MyClass()
    {
    }

    // 有参数的构造函数
    public MyClass(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }

    // 类支持继承
    // class MyDerivedClass : MyBaseClass
    // {
    // }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 结构是值类型，分配在栈上
        MyStruct structInstance1 = new MyStruct(1, 2);
        MyStruct structInstance2 = structInstance1; // 复制整个结构

        // 类是引用类型，分配在堆上
        MyClass classInstance1 = new MyClass(3, 4);
        MyClass classInstance2 = classInstance1; // 复制引用，指向同一个对象

        // 修改结构实例不影响其他实例
        structInstance1.X = 5;
        Console.WriteLine($"Struct: {structInstance1.X}, {structInstance2.X}");

        // 修改类实例会影响其他实例
        classInstance1.X = 6;
        Console.WriteLine($"Class: {classInstance1.X}, {classInstance2.X}");
    }
}

上文中使用结构体的图书馆的书实例，更换为使用类：

using System;
using System.Text;
     
struct Books
{
   private string title;
   private string author;
   private string subject;
   private int book_id;
   public void SetValues(string t, string a, string s, int id)
   {
      title = t;
      author = a;
      subject = s;
      book_id =id; 
   }
   public void Display()
   {
      Console.WriteLine($"Title : {title}");
      Console.WriteLine($"Author : {author}");
      Console.WriteLine($"Subject : {subject}");
      Console.WriteLine($"Book_id : {book_id}");
   }

};  

public class TestStructure
{
   public static void Main(string[] args)
   {

      Books Book1 = new Books(); // 声明 Book1，类型为 Books
      Books Book2 = new Books(); // 声明 Book2，类型为 Books

      // Book1 赋值
      Book1.SetValues("C Programming", "Nuha Ali", "C Programming Tutorial",6495407);

      // Book2 赋值
      Book2.SetValues("Telecom Billing", "Zara Ali", "Telecom Billing Tutorial", 6495700);

      // 打印 Book1 信息
      Book1.Display();

      // 打印 Book2 信息
      Book2.Display(); 

      Console.ReadKey();

   }
}

输出：

Title : C Programming
Author : Nuha Ali
Subject : C Programming Tutorial
Book_id : 6495407
Title : Telecom Billing
Author : Zara Ali
Subject : Telecom Billing Tutorial
Book_id : 6495700

总结：数据承载用结构体，既承载数据又包含方法的用类。

枚举

枚举是一组命名整型常量。枚举类型是使用 enum 关键字声明的，枚举是值类型。换句话说，枚举包含自己的值，且不能继承或传递继承。

语法：

enum <enum_name>
{ 
    enumeration list 
};

• enum_name 指定枚举的类型名称。
• enumeration list 一个用逗号分隔的标识符列表。

枚举列表中的每个符号代表一个整数值，一个比它前面的符号大的整数值。默认情况下，第一个枚举符号的值是 0 例如：

enum Days { Sun, Mon, tue, Wed, thu, Fri, Sat };

实例：

using System;

public class EnumTest
{
    enum Day { Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat };

    static void Main()
    {
        int x = (int)Day.Sun;
        int y = (int)Day.Fri;
        Console.WriteLine($"Sun = {x}");
        Console.WriteLine($"Fri = {y}");
    }
}

输出：

Sun = 0
Fri = 5