3.5 结构

前面介绍了类如何封装程序中的对象，也介绍了如何将它们存储在堆中，通过这种方式可以在数据的生存期上获得很大的灵活性，但性能会有一定的损失。因为托管堆的优化，这种性能损失比较小。但是，有时仅需要一个小的数据结构。此时，类提供的功能多于我们需要的功能，由于性能原因，最好使用结构。看看下面的例子：

        public class Dimensions
        {
          public double Length { get; set; }
          public double Width { get; set; }
        }

上面的代码定义了类Dimensions，它只存储了某一项的长度和宽度。假定编写一个布置家具的程序，让人们试着在计算机上重新布置家具，并存储每件家具的尺寸。表面看来使字段变为公共字段会违背编程规则，但这里的关键是我们实际上并不需要类的全部功能。现在只有两个数字，把它们当成一对来处理，要比单个处理方便一些。既不需要很多方法，也不需要从类中继承，也不希望．NET运行库在堆中遇到麻烦和性能问题，只需要存储两个double类型的数据即可。

为此，只需要修改代码，用关键字struct代替class，定义一个结构而不是类，如本章前面所述：

        public struct Dimensions
        {
          public double Length { get; set; }
          public double Width { get; set; }
        }

为结构定义函数与为类定义函数完全相同。下面的代码说明了结构的构造函数和属性(代码文件StructsSample/Dimension.cs)：

        public struct Dimensions
        {
          public double Length { get; set; }
          public double Width { get; set; }
          public Dimensions(double length, double width)
          {
            Length = length;
            Width = width;
          }
          public double Diagonal => Math.Sqrt(Length * Length + Width * Width);
        }

结构是值类型，不是引用类型。它们存储在栈中或存储为内联(如果它们是存储在堆中的另一个对象的一部分)，其生存期的限制与简单的数据类型一样。

● 结构不支持继承。

● 对于结构，构造函数的工作方式有一些区别。如果没有提供默认的构造函数，编译器会自动提供一个，把成员初始化为其默认值。

● 使用结构，可以指定字段如何在内存中布局(第16章在介绍特性时将详细论述这个问题)。

因为结构实际上是把数据项组合在一起，所以有时大多数或者全部字段都声明为public。严格来说，这与编写．NET代码的规则相反——根据Microsoft，字段(除了const字段之外)应总是私有的，并由公有属性封装。但是，对于简单的结构，许多开发人员都认为公有字段是可接受的编程方式。

下面几节将详细说明类和结构之间的区别。

3.5.1 结构是值类型

虽然结构是值类型，但在语法上常常可以把它们当作类来处理。例如，在上面的Dimensions类的定义中，可以编写下面的代码：

          var point = new Dimensions();
          point.Length = 3;
          point.Width = 6;

注意，因为结构是值类型，所以new运算符与类和其他引用类型的工作方式不同。new运算符并不分配堆中的内存，而是只调用相应的构造函数，根据传送给它的参数，初始化所有的字段。对于结构，可以编写下述完全合法的代码：

          Dimensions point;
          point.Length = 3;
          point.Width = 6;

如果Dimensions是一个类，就会产生一个编译错误，因为point包含一个未初始化的引用——不指向任何地方的一个地址，所以不能给其字段设置值。但对于结构，变量声明实际上是为整个结构在栈中分配空间，所以就可以为它赋值了。但要注意下面的代码会产生一个编译错误，编译器会抱怨用户使用了未初始化的变量：

          Dimensions point;
          double D = point.Length;

结构遵循其他数据类型都遵循的规则：在使用前所有的元素都必须进行初始化。在结构上调用new运算符，或者给所有的字段分别赋值，结构就完全初始化了。当然，如果结构定义为类的成员字段，在初始化包含的对象时，该结构会自动初始化为0。

结构会影响性能的值类型，但根据使用结构的方式，这种影响可能是正面的，也可能是负面的。正面的影响是为结构分配内存时，速度非常快，因为它们将内联或者保存在栈中。在结构超出了作用域被删除时，速度也很快，不需要等待垃圾回收。负面影响是，只要把结构作为参数来传递或者把一个结构赋予另一个结构(如A=B，其中A和B是结构)，结构的所有内容就被复制，而对于类，则只复制引用。这样就会有性能损失，根据结构的大小，性能损失也不同。注意，结构主要用于小的数据结构。

但当把结构作为参数传递给方法时，应把它作为ref参数传递，以避免性能损失——此时只传递了结构在内存中的地址，这样传递速度就与在类中的传递速度一样快了。但如果这样做，就必须注意被调用的方法可以改变结构的值。

3.5.2 结构和继承

结构不是为继承设计的。这意味着：它不能从一个结构中继承。唯一的例外是对应的结构(和C#中的其他类型一样)最终派生于类System.Object。因此，结构也可以访问System.Object的方法。在结构中，甚至可以重写System.Object中的方法——如重写ToString()方法。结构的继承链是：每个结构派生自System.ValueType类，System.ValueType类又派生自System.Object。ValueType并没有给Object添加任何新成员，但提供了一些更适合结构的实现方式。注意，不能为结构提供其他基类：每个结构都派生自ValueType。

3.5.3 结构的构造函数

为结构定义构造函数的方式与为类定义构造函数的方式相同。

前面说过，默认构造函数把数值字段都初始化为0，且总是隐式地给出，即使提供了其他带参数的构造函数，也是如此。

在C# 6中，也可以实现默认的构造函数，为字段提供初始值(这一点在早期的C#版本中未实现)。为此，只需要初始化每个数据成员：

        public Dimensions()
        {
          Length = 0;
          Width = 1;
        }
        public Dimensions(double length, double width)
        {
          Length = length;
          Width = width;
        }

另外，可以像类那样为结构提供Close()或Dispose()方法。第5章将讨论Dispose()方法。