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c# - 我什么时候应该在 C# 中使用结构而不是类？

coder 2023-07-06 原文

什么时候应该在 C# 中使用结构而不是类？我的概念模型是当项目仅仅是值类型的集合时使用结构。一种将它们合乎逻辑地组合成一个有凝聚力的整体的方法。

我遇到了这些规则 here :

  • 一个结构体应该代表一个
    值(value)。
  • 结构体应该有内存
    占用空间小于 16 字节。
  • 之后不应更改结构
    创建。

    • 这些规则有效吗？结构体在语义上是什么意思？

    最佳答案

    OP 引用的来源有一定的可信度……但是微软呢——对结构使用的立场是什么？我想要一些额外的 learning from Microsoft ，这是我发现的:

    Consider defining a structure instead of a class if instances of the type are small and commonly short-lived or are commonly embedded in other objects.

    Do not define a structure unless the type has all of the following characteristics:

    1. It logically represents a single value, similar to primitive types (integer, double, and so on).
    2. It has an instance size smaller than 16 bytes.
    3. It is immutable.
    4. It will not have to be boxed frequently.


    Microsoft 一贯违反这些规则

    好吧，无论如何，#2 和#3。我们心爱的字典有 2 个内部结构:
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]  // default for structs
private struct Entry  //<Tkey, TValue>
{
    //  View code at *Reference Source
}

[Serializable, StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
public struct Enumerator : 
    IEnumerator<KeyValuePair<TKey, TValue>>, IDisposable, 
    IDictionaryEnumerator, IEnumerator
{
    //  View code at *Reference Source
}

    * Reference Source

    'JonnyCantCode.com' 来源获得了 3 分(满分 4 分) - 完全可以原谅，因为 #4 可能不是问题。如果您发现自己在装箱结构，请重新考虑您的架构。

    让我们看看为什么微软会使用这些结构:
  • 每个结构体，Entry和 Enumerator ，代表单个值。
  • 速度
  • Entry永远不会作为 Dictionary 类之外的参数传递。进一步调查发现，为了满足IEnumerable的实现，Dictionary使用了Enumerator每次请求枚举器时它都会复制的结构......是有道理的。
  • Dictionary 类的内部。 Enumerator是公开的，因为 Dictionary 是可枚举的，并且必须对 IEnumerator 接口(interface)实现具有相同的可访问性 - 例如IEnumerator getter 。

    • 更新 - 此外，要意识到当一个结构体实现一个接口(interface)时——就像 Enumerator 那样——并被强制转换为该实现的类型，该结构体成为一个引用类型并被移动到堆中。在 Dictionary 类内部，Enumerator 仍然是值类型。但是，只要方法调用 GetEnumerator() ，引用型IEnumerator被退回。

    我们在这里没有看到任何保持结构不可变或保持实例大小仅为 16 字节或更少的尝试或要求的证明:
  • 上面的结构中没有声明 readonly - 不是 不可变
  • 这些结构的大小可能超过 16 个字节
  • Entry具有不确定的生命周期(从 Add() 到 Remove() 、 Clear() 或垃圾收集)；

    • 和 ...
    4. 两个结构体都存储了 TKey 和 TValue，我们都知道它们都可以作为引用类型(添加额外信息)

    尽管有散列键，但字典速度很快，部分原因是实例化结构比引用类型更快。在这里，我有一个 Dictionary<int, int>存储 300,000 个随机整数，键顺序递增。

    Capacity: 312874
    MemSize: 2660827 bytes
    Completed Resize: 5ms
    Total time to fill: 889ms



    容量 :必须调整内部数组大小之前可用的元素数。

    内存大小 :通过将字典序列化为 MemoryStream 并获取字节长度(对于我们的目的而言足够准确)来确定。

    已完成调整大小 :将内部数组的大小从 150862 个元素调整为 312874 个元素所需的时间。当您发现每个元素都是通过 Array.CopyTo() 顺序复制时，那还不算太寒酸。

    填写总时间 :不可否认，由于日志记录和 OnResize我添加到源中的事件；然而，在操作期间调整大小 15 次的同时填充 30 万个整数仍然令人印象深刻。只是出于好奇，如果我已经知道容量，那么填充的总时间是多少？ 13 毫秒

    那么，现在，如果 Entry 怎么办？是一个类？这些时间或指标真的会有那么大的不同吗？

    Capacity: 312874
    MemSize: 2660827 bytes
    Completed Resize: 26ms
    Total time to fill: 964ms



    显然，最大的区别在于调整大小。如果使用容量初始化 Dictionary 有什么区别吗？不够关心... 12 毫秒 .

    发生的事情是，因为 Entry是一个结构体，它不像引用类型那样需要初始化。这既是值类型的美妙之处，也是它的祸根。为了使用Entry作为引用类型，我必须插入以下代码:
    /*
 *  Added to satisfy initialization of entry elements --
 *  this is where the extra time is spent resizing the Entry array
 * **/
for (int i = 0 ; i < prime ; i++)
{
    destinationArray[i] = new Entry( );
}
/*  *********************************************** */

    我必须初始化 Entry 的每个数组元素的原因作为引用类型可以在 MSDN: Structure Design 找到.简而言之:

    Do not provide a default constructor for a structure.

    If a structure defines a default constructor, when arrays of the structure are created, the common language runtime automatically executes the default constructor on each array element.

    Some compilers, such as the C# compiler, do not allow structures to have default constructors.



    其实很简单，我们会借用Asimov's Three Laws of Robotics :
  • 该结构必须可以安全使用
  • 结构必须有效地执行其功能，除非这会违反规则 #1
  • 结构在使用过程中必须保持完整，除非需要销毁它以满足规则 #1

    • ...我们从中得到了什么:简而言之，对值类型的使用负责。它们快速高效，但如果维护不当(即无意复制)，有能力导致许多意外行为。

    关于c# - 我什么时候应该在 C# 中使用结构而不是类？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/521298/

    c#codestrongbrstruct

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