重學c#————struct

夢裡小探花發表於2021-02-15
C#Struct

前言

簡單整理一下struct。

正文

struct

對於struct 而言呢，我們往往會拿class作為對比，但是呢，我們在初學階段用class來替代struct，struct的存在感越來越低了。

那麼是什麼原因使我們經常使用struct呢？我感覺很簡單的一句話就是struct能做的class都能做，struct不能做的，class 也能做，這就是問題關鍵了。

那麼先來看下他們的對比:

1、結構是值型別，它在棧中分配空間；而類是引用型別，它在堆中分配空間，棧中儲存的只是引用。

2、結構型別直接儲存成員資料，讓其他類的資料位於堆中，位於棧中的變數儲存的是指向堆中資料物件的引用。

  1. 結構不支援繼承。

  2. 結構不能宣告預設的建構函式。

  3. 結構型別中不能設定預設值。

從第二點中可以明白結構型別中，不一定儲存的一定是值，還可能是引用，這就打破了初學的時候誤以為結構型別只能儲存值型別，還可能是引用物件的引用，如下:

static void Main(string[] args)
{
	var parent = new Parent(30,"張大大");
	var zhangsan = new Student(1,"張三",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 結構中，我們也可以去複製引用。

第三點很好理解，第四點表示我們不能去自己宣告預設建構函式。如:

public Student() { 
}

那麼我們什麼時候使用struct呢？

那麼要從struct 優點出發，struct 是值型別，當離開作用域的時候，那麼對垃圾回收是有好處的。

同樣，因為struct 是值型別，分配到堆上，如果值型別過大，這會大量佔用到堆的空間，所以我們的資料比較下。

當有大量的賦值語句的時候，那麼我們也應該避開struct，因為賦值值型別中將會拷貝全部，而不是引用。

根據上訴，實用場景為:

對於點、矩形和顏色這樣的輕量物件，假如要宣告一個含有許多個顏色物件的陣列，則CLR需要為每個物件分配記憶體，在這種情況下，使用結構的成本較低；

從上總結出，struct可以在一些以資料為主的場景中使用，且資料量不大的情況。

struct 作為引數

在介紹readonly 之前，先介紹一下，和ref 還有out 其名的in，不是別的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;
}

這裡的in 的作用是可以引用readonlyArgument,但是隻讀，不能修改number的值。那麼這有什麼用呢？我直接不設定值不就可以嗎？或者說我起碼設定一個readonly 這總行吧。

而我們知道in 有不能用於非同步方法，賦值消耗也不大形參，那我要這個引用有啥用？關鍵就在於我們自定義的struct還是大有好處的，struct 是我們自定義的結構型別，這個比較大，那麼這就是一個struct的突破點了，傳值的時候可以傳遞struct。

下面介紹readonly 這個是為了安全，做為一個readonly，我們首先就要區分的是const，const 是編譯性，而readonly是執行時。這個可以百度，在此就不做過多的介紹。

通過readonly struct 還有 in，那麼可以建立防禦性副本。

這裡值得注意的是，官網提到這樣一句話:

除非使用 readonly 修飾符宣告 struct或方法僅呼叫該結構的 readonly 成員，否則切勿將其作為 in 引數傳遞。 不遵守該指南可能會對效能產生負面影響，並可能導致不明確的行為

官網給出了一個這樣的例子:

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;
}

並且說明了一段這樣的話:

在首次檢查時，你可能認為這些訪問是安全的。 畢竟，get 訪問器不應該修改物件的狀態。 但是沒有強制執行的語言規則。 
它只是通用約定。 任何型別都可以實現修改內部狀態的 get 訪問器。 
如果沒有語言保證，編譯器必須在呼叫任何未標記為 readonly 修飾符的成員之前建立引數的臨時副本。 
在堆疊上建立臨時儲存，將引數的值複製到臨時儲存中，並將每個成員訪問的值作為 this 引數複製到堆疊中。 
在許多情況下，當引數型別不是 readonly struct，並且該方法呼叫成員未標記為 readonly 時，這些副本會降低效能，
使得按值傳遞比按只讀引用傳遞速度更快。 如果將不修改結構狀態的所有方法標記為 readonly，編譯器就可以安全地確定不修改結構狀態，並且不需要防禦性複製。

struct 作為出參

那麼上面討論了引數傳遞的問題，那麼接下來討論一下，引數返回的問題。

比如說返回了:

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

那麼其實這個a的值怎麼獲取的呢？是b的值賦值給a。

但是對於比較大的struct，用這種賦值的方式，就比較消耗cpu和記憶體了。

那麼可以使用ref來返回。

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

這樣b的引用傳遞給了a。

如果你希望返回的引數不可改變，那麼你可以這樣:

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

那麼這個時候有人就奇怪了，為啥ref還要 readonly 這東西呢？

舉個例子:

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");
}

這個例子返回的是陣列的一部分，如果改了這個值，那麼陣列裡面的值不就改變了嗎。

可能我這樣說，加上官網這個例子不到位，可能沒能表達明白。再來一個自己寫的例子:

static void Main(string[] args)
{
	var matrix =new Student[1];
	matrix[0] = new Student(20,"張三",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; }
}

這裡列印出來兩個都是10。

如果給Find 加上readonly,那麼要這樣寫

ref readonly Student result =ref Find(matrix);

Student 自然不能再進行賦值。

結

上述只是個人整理和一點點個人理解，如有不對望指出。下一節，整理c# 裝箱和拆箱，介紹一下生命週期。

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