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[你必须知道的.NET] 第四回:后来居上:class和struct

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猿人谷
发布2018-01-17 10:46:38
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发布2018-01-17 10:46:38
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文章被收录于专栏:猿人谷猿人谷

本文将介绍以下内容:

• 面向对象基本概念

• 类和结构体简介

• 引用类型和值类型区别

1. 引言

提起class和struct,我们首先的感觉是语法几乎相同,待遇却翻天复地。历史将接力棒由面向过程编程传到面向对象编程,class和struct也背负着各自的命运前行。在我认为,struct英雄迟暮,class天下独行,最本质的区别是class是引用类型,而struct是值类型,它们在内存中的分配情况有所区别。由此产生的一系列差异性,本文将做以全面讨论。 

2. 基本概念

2.1. 什么是class?

class(类)是面向对象编程的基本概念,是一种自定义数据结构类型,通常包含字段、属性、方法、属性、构造函数、索引器、操作符等。因为是基本的概念,所以不必在此详细描述,读者可以查询相关概念了解。我们重点强调的是.NET中,所有的类都最终继承自System.Object类,因此是一种引用类型,也就是说,new一个类的实例时,对象保存了该实例实际数据的引用地址,而对象的值保存在托管堆(managed heap)中。 

2.2. 什么是struct?

struct(结构)是一种值类型,用于将一组相关的信息变量组织为一个单一的变量实体 。所有的结构都继承自System.ValueType类,因此是一种值类型,也就是说,struct实例分配在线程的堆栈(stack)上,它本身存储了值,而不包含指向该值的指针。所以在使用struct时,我们可以将其当作int、char这样的基本类型类对待。

3. 相同点,不同点

相同点:语法类似。

不同点:

  • class是引用类型,继承自System.Object类;struct是值类型,继承自System.ValueType类,因此不具多态性。但是注意,System.ValueType是个引用类型。
  • 从职能观点来看,class表现为行为;而struct常用于存储数据。
  • class支持继承,可以继承自类和接口;而struct没有继承性,struct不能从class继承,也不能作为class的基类,但struct支持接口继承(记得吗,《第二回:对抽象编程:接口和抽象类》也做过讨论)
  • class可以声明无参构造函数,可以声明析构函数;而struct只能声明带参数构造函数,且不能声明析构函数。因此,struct没有自定义的默认无参构造函数,默认无参构造器只是简单地把所有值初始化为它们的0等价值
  • 实例化时,class要使用new关键字;而struct可以不使用new关键字,如果不以new来实例化struct,则其所有的字段将处于未分配状态,直到所有字段完成初始化,否则引用未赋值的字段会导致编译错误。
  • class可以实抽象类(abstract),可以声明抽象函数;而struct为抽象,也不能声明抽象函数。
  • class可以声明protected成员、virtual成员、sealed成员和override成员;而struct不可以,但是值得注意的是,struct可以重载System.Object的3个虚方法,Equals()、ToString()和GetHashTable()。
  • class的对象复制分为浅拷贝和深拷贝(该主题我们在本系列以后的主题中将重点讲述,本文不作详述),必须经过特别的方法来完成复制;而struct创建的对象复制简单,可以直接以等号连接即可。
  • class实例由垃圾回收机制来保证内存的回收处理;而struct变量使用完后立即自动解除内存分配。
  • 作为参数传递时,class变量是以按址方式传递;而struct变量是以按值方式传递的。

我们可以简单的理解,class是一个可以动的机器,有行为,有多态,有继承;而struct就是个零件箱,组合了不同结构的零件。其实,class和struct最本质的区别就在于class是引用类型,内存分配于托管堆;而struct是值类型,内存分配于线程的堆栈上。由此差异,导致了上述所有的不同点,所以只有深刻的理解内存分配的相关内容,才能更好的驾驭。本系列将再以后的内容中,将引用类型和值类型做以深入的比较和探讨,敬请关注。当然正如本文标题描述的一样,使用class基本可以替代struct的任何场合,class后来居上。虽然在某些方面struct有性能方面的优势,但是在面向对象编程里,基本是class横行的天下。

那么,有人不免会提出,既然class几乎可以完全替代struct来实现所有的功能,那么struct还有存在的必要吗?答案是,至少在以下情况下,鉴于性能上的考虑,我们应该考虑使用struct来代替class:

  • 实现一个主要用于存储数据的结构时,可以考虑struct。
  • struct变量占有堆栈的空间,因此只适用于数据量相对小的场合。
  • 结构数组具有更高的效率。
  • 提供某些和非托管代码通信的兼容性。

所有这些是struct有一席之地的理由,当然也许还有其他的更多说法,只是我不知道罢了:-)

4. 经典示例

4.1 小菜一碟

下面以示例为说明,来阐述本文的基本规则,详细见注释内容。 (1)定义接口

interface IPerson

    {

        void GetSex();

    }

(2)定义类

public class Person

    {

        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)定义结构

//可以继承自接口,不可继承类或结构

    struct Family: IPerson

    {

        public string name;

        public int age;

        public bool sex;

        public string country;

        public Person person;



        //不可以包含显式的无参构造函数和析构函数

        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;

        }



        //不可以实现protected、virtual、sealed和override成员

        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);

        }



        //可以重载ToString虚方法

        public override string ToString()

        {

            return String.Format("{0} is {1}, {2} from {3}", person.Name, age, sex ? "Boy" : "Girl", country);

        }

    }

(4)测试结构和类

猜猜运行结果如何,可以顺便检查检查对这个概念的认识。

4.2 .NET研究

在.NET 框架中,System.Drawing命名空间中的有些元素,如System.Drawing.Point就是实现为struct,而不是class。其原因也正在于以上介绍的各方面的权衡,大家可以就此研究研究,可以体会更多。另外,还有以struct实现的System.Guid。

5. 结论

对基本概念的把握,是我们进行技术深入探索的必经之路,本系列的主旨也是能够从基本框架中,提供给大家一个通向高级技术的必修课程。本文关于class和struct的讨论就是如此,在.NET框架中,关于class和struct的讨论将涉及到对引用类型和值类型的认识,并且进一步将触角伸向变量内存分配这一高级主题,所以我们有必要来了解其运行机制,把握区别和应用场合,以便在平常的系统设计中把握好对这一概念层次的把握。

另外,请大家就以下问题进行讨论,希望能够更加清晰本文的拓展:

  • struct还主要应用在哪些方面?
  •  C++和C#中,关于struct的应用又有所不同,这些不同又有哪些区别?

参考文献

(USA)Stanley B.Lippman, C# Primer

(USA)C# in a Nutshell

温故知新

[开篇有益]

[第一回:恩怨情仇:is和as]

[第二回:对抽象编程:接口和抽象类

[第三回:历史纠葛:特性和属性]

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原始发表:2007-04-24 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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