重学c#————struct

前言

简单整理一下struct。

正文

struct

对于struct 而言呢,我们往往会拿class作为对比,但是呢,我们在初学阶段用class来替代struct,struct的存在感越来越低了。

那么是什么原因使我们经常使用struct呢?我感觉很简单的一句话就是struct能做的class都能做,struct不能做的,class 也能做,这就是问题关键了。

那么先来看下他们的对比:

1、结构是值类型,它在栈中分配空间;而类是引用类型,它在堆中分配空间,栈中保存的只是引用。

2、结构类型直接存储成员数据,让其他类的数据位于堆中,位于栈中的变量保存的是指向堆中数据对象的引用。

  1. 结构不支持继承。

  2. 结构不能声明默认的构造函数。

  3. 结构类型中不能设置默认值。

从第二点中可以明白结构类型中,不一定存储的一定是值,还可能是引用,这就打破了初学的时候误以为结构类型只能存储值类型,还可能是引用对象的引用,如下:

static void Main(string[] args)
{
	var parent = new Parent(30,"张大大");
	var zhangsan = new Student(1,"张三",parent);
	zhangsan.age = 10;
}
struct Student {
	public Student(int age, string name,Parent parent)
	{
		this.age = age;
		this.name = name;
		this.parent = parent;
	}
	public int age { get; set; }
	public string name { get; set; }
   
	public Parent parent { get; set; }
}

struct Parent {
	public Parent(int age, string name)
	{
		this.age = age;
		this.name = name;
	}
	public int age { get; set; }
	public string name { get; set; }
}

在Student 结构中,我们也可以去复制引用。

第三点很好理解,第四点表示我们不能去自己声明默认构造函数。如:

public Student() { 
}

那么我们什么时候使用struct呢?

那么要从struct 优点出发,struct 是值类型,当离开作用域的时候,那么对垃圾回收是有好处的。

同样,因为struct 是值类型,分配到堆上,如果值类型过大,这会大量占用到堆的空间,所以我们的数据比较下。

当有大量的赋值语句的时候,那么我们也应该避开struct,因为赋值值类型中将会拷贝全部,而不是引用。

根据上诉,实用场景为:

对于点、矩形和颜色这样的轻量对象,假如要声明一个含有许多个颜色对象的数组,则CLR需要为每个对象分配内存,在这种情况下,使用结构的成本较低;

从上总结出,struct可以在一些以数据为主的场景中使用,且数据量不大的情况。

struct 作为参数

在介绍readonly 之前,先介绍一下,和ref 还有out 其名的in,不是别的in哈。

static void Main(string[] args)
{
	int readonlyArgument = 44;
	InArgExample(readonlyArgument);
	Console.WriteLine(readonlyArgument);     // value is still 44
}
static void InArgExample(in int number)
{
	// Uncomment the following line to see error CS8331
	//number = 19;
}

这里的in 的作用是可以引用readonlyArgument,但是只读,不能修改number的值。那么这有什么用呢?我直接不设置值不就可以吗?或者说我起码设置一个readonly 这总行吧。

而我们知道in 有不能用于异步方法,赋值消耗也不大形参,那我要这个引用有啥用?关键就在于我们自定义的struct还是大有好处的,struct 是我们自定义的结构类型,这个比较大,那么这就是一个struct的突破点了,传值的时候可以传递struct。

下面介绍readonly 这个是为了安全,做为一个readonly,我们首先就要区分的是const,const 是编译性,而readonly是运行时。这个可以百度,在此就不做过多的介绍。

通过readonly struct 还有 in,那么可以创建防御性副本。

这里值得注意的是,官网提到这样一句话:

除非使用 readonly 修饰符声明 struct或方法仅调用该结构的 readonly 成员,否则切勿将其作为 in 参数传递。 不遵守该指南可能会对性能产生负面影响,并可能导致不明确的行为

官网给出了一个这样的例子:

int readonlyArgument = 44;
InArgExample(readonlyArgument);
Console.WriteLine(readonlyArgument);     // value is still 44

void InArgExample(in int number)
{
    // Uncomment the following line to see error CS8331
    //number = 19;
}

并且说明了一段这样的话:

在首次检查时,你可能认为这些访问是安全的。 毕竟,get 访问器不应该修改对象的状态。 但是没有强制执行的语言规则。 
它只是通用约定。 任何类型都可以实现修改内部状态的 get 访问器。 
如果没有语言保证,编译器必须在调用任何未标记为 readonly 修饰符的成员之前创建参数的临时副本。 
在堆栈上创建临时存储,将参数的值复制到临时存储中,并将每个成员访问的值作为 this 参数复制到堆栈中。 
在许多情况下,当参数类型不是 readonly struct,并且该方法调用成员未标记为 readonly 时,这些副本会降低性能,
使得按值传递比按只读引用传递速度更快。 如果将不修改结构状态的所有方法标记为 readonly,编译器就可以安全地确定不修改结构状态,并且不需要防御性复制。

struct 作为出参

那么上面讨论了参数传递的问题,那么接下来讨论一下,参数返回的问题。

比如说返回了:

var a=getANumber();
private static int getANumber(){
   var b=1;
   return b;
}

那么其实这个a的值怎么获取的呢?是b的值赋值给a。

但是对于比较大的struct,用这种赋值的方式,就比较消耗cpu和内存了。

那么可以使用ref来返回。

var a=getANumber();
private static ref int getANumber(){
   var b=1;
   return ref b;
}

这样b的引用传递给了a。

如果你希望返回的参数不可改变,那么你可以这样:

var a=getANumber();
private static ref readonly int getANumber(){
   var b=1;
   return ref b;
}

那么这个时候有人就奇怪了,为啥ref还要 readonly 这东西呢?

举个例子:

public static ref int Find(int[,] matrix, Func<int, bool> predicate)
{
    for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
        for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
            if (predicate(matrix[i, j]))
                return ref matrix[i, j];
    throw new InvalidOperationException("Not found");
}

这个例子返回的是数组的一部分,如果改了这个值,那么数组里面的值不就改变了吗。

可能我这样说,加上官网这个例子不到位,可能没能表达明白。再来一个自己写的例子:

static void Main(string[] args)
{
	var matrix =new Student[1];
	matrix[0] = new Student(20,"张三",new Parent());
	ref Student result =ref Find(matrix);
	result.age = 10;
	Console.WriteLine(matrix[0].age);
	Console.WriteLine(result.age);
	Console.ReadLine();
}

static ref Student Find(Student[] matrix )
{
	return ref matrix[0];
}
struct Student {
	public Student(int age, string name,Parent parent)
	{
		this.age = age;
		this.name = name;
		this.parent = parent;
	}
	public int age { get; set; }
	public string name { get; set; }
   
	public Parent parent { get; set; }
}

这里打印出来两个都是10。

如果给Find 加上readonly,那么要这样写

ref readonly Student result =ref Find(matrix);

Student 自然不能再进行赋值。

上述只是个人整理和一点点个人理解,如有不对望指出。下一节,整理c# 装箱和拆箱,介绍一下生命周期。

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路人甲

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