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你必须知道的.NET之class和struct

http://www.webjx.com  更新日期:2007-09-18 10:19  出处:网页教学网  作者:Anytao
  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。

你必须知道的.NET之class和struct

  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,struct在声明时就进行了初始化过程,所有的成员变量均默认为0或null。

  ·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
你必须知道的.NET之class和struct

  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?

关键词:.NET,class,struct
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