C# struct 结构体

参考：
https://blog.csdn.net/zeroflamy/article/details/52081462
https://www.w3cschool.cn/csharp/csharp-struct.html

1、C# 结构的特点

1. C#中struct结构体是一个特殊的存在，值类型、栈内拷贝（值类型栈内拷贝决定了struct许多使用特点类似int）。

2. C# 中的结构与传统的 C++ 中的结构不同。C# 中的结构有以下特点：
（1）结构可带有方法、字段、索引、属性、运算符方法和事件。
（2）结构可定义构造函数，不能定义析构函数。但不能定义默认构造函数。默认构造函数是自动定义的，且不可改变。
（3）与类不同，结构不能继承其他的结构或类。也不能作为其他结构或类的基础结构。
（4）结构可实现一个或多个接口。
（5）结构成员不能指定为 abstract、virtual 或 protected，这三个关键词都与继承有关，结构不能继承。
（6）当使用 new 创建一个结构对象时，会调用适当的构造函数来创建结构。与类不同，结构可以不使用 new 即可被实例化。
如果不使用 new，只有在所有的字段都被初始化之后，字段才被赋值，对象才被使用。（栈内分配内存，也就不需要使用new在堆上分配内存）。

2、类和结构的区别

（1）类是引用类型，结构是值类型。
（2）结构不支持继承。
（3）结构不能定义默认的构造函数，系统自动定义且不可改变。
（4）不能定义析构函数，在栈内分配内存，不需要回收资源。

3、什么时候使用struct

Winform中涉及到本地代码的地方大量使用了struct，这很大程度上是为了代码移植的需要，不能作为我们写代码的规范参考。我们有时感觉结构比较简单的类改为struct可能会提高性能，但这种感觉在绝大多数情况下其实是错误的。那么我们自己在编写代码的时候究竟在什么情况下适合定义struct而不是class呢？

选用struct的原则

参考：Choosing Between Class and Struct，了解选择使用struct的一些准则。

1. 选择struct而非class：
    如果类型的实例很小而且通常存活期都很短，或者一般都嵌入到其它对象中使用。

2. 一般不使用struct，除非类型满足以下全部特征：
    （1）逻辑上表达了一个单一值，类似基本数据类型（int, double）
    （2）实例大小低于16字节
    （3）不可改变
    （4）不会被频繁装箱

3.总结：
    （1）一般情况，请使用class不要考虑struct。当程序需要优化性能再考虑使用struct。
    （2）定义struct时，尽量作为私有类型或内部类型，不要公开。    
    （3）struct的属性不要定义公开的set方法，也就是不可改变，只读，只能在构造时赋值。
    （4）使用struct管理非托管资源时，定义Free方法，使用时一定要在恰当时机调用Free。千万不要想着去实现IDisposable接口。如果觉得不安全，那就改用class吧！
    （5）如果需要调用本地代码而迫不得已，才可以无视其它原则而选用struct。

4、struct的性能

选用struct可以在一些特定条件下改善程序性能，但请注意，不是一定能改善的。

struct一般用于一些结构简单，可以用单一值概念描述的类型。同时，类型的存活期应该不会太长。

struct无需创建即可使用，也没有垃圾回收问题。其实struct直接在栈内分配内存，压根就不在堆内存中分配，所以不需要GC（垃圾回收）。在使用struct时都会复制到当前栈内存中，就像其它值类型一样。这些特性只能说和class在使用上会有差异，需要注意。但说不上是优点还是缺点，取决于具体用法和情况。

struct不存在并发竞争问题，多线程安全，这是个优点。（在结构都在自己当前的栈内，不共享，也就没有竞争）

一种已知情况可以用struct来优化程序，就是struct类型的数组（注意是数组不是List，至于基于哈希的集合不好说）。struct数组在物理上一定是一个连续的内存块。如果是引用类型，则物理上一般是分配指针来指向引用的实例，此时数组的内存块不能涵盖所有要访问的数据。而struct数组在这种情况下所有会用到的数据都在数组的物理内存之中包含，可以直接访问到，无需通过GC堆内存的对象引用来反复的间接查找。同时，如果实例数量非常多时，使用struct数组还能避免大量分散在GC堆中的对象实例，从而减轻GC压力。

此时，对struct数组中的下标访问不会造成复制（List的下标访问则会），直接内存定位效率很高。

int id = structArray[i].Id;

注意，struct字段不可变会很有帮助，如果需要修改字段内容，通过ref方法（值类型，需要ref声明引用）。例如：

// 定义
public static void SetId(ref structType target, int value) 
{
    target.Id = value; 
}
// 使用
SetId(ref structArray[i], 100);

实际上很多情况下，struct反而会拖慢我们的程序。由于值类型在使用上的复制特性，定义一个庞大的struct在绝大多数情况下性能会比引用类型要糟糕。因为每次使用到struct时都会在栈中复制一份新实例，如果struct中定义的字段占用字节很多，那么复制的成本会很高。这也是为什么微软给出的准则中有一条：“当类型定义大于16字节时不要选用struct”。

5、struct是不可变的！

1. 首先，一个struct描述了一个单一值，类似于int, char这样的基本类型，要改变他应当是对整体重新赋值来改变，即要把struct看做一个整体。这从概念上就禁止了对属性的赋值，所以struct的所有公开的属性、字段都应该是只读的。

2. 其次，由于struct是值类型，分配在栈内存中或者是拥有struct类型的引用类型对象中，任何时候对struct的访问都会访问原始struct的副本。因此对struct属性的修改实际上是在修改原始struct的副本，除非你将修改后的struct实例重新赋值回去，否则原始struct是不会改变。这一特性同样适用于函数方法的参数是struct的情况。

当然，要直接改变原始struct也是有办法的，那就是使用ref类型的的方法参数来直接改变原始值。但这就需要定义一个专门的方法，通过struct的属性来访问时仍然会有上述问题。

例如，如果struct定义了带有set方法的属性，那么在方法内作为局部变量确实是可以改变的。但是这其中会有陷阱的存在。比如将struct传入一个方法内，除非参数定义了ref否则方法内的任何修改不会影响原始的变量。另一种情况，某个类的一个成员是struct，如果通过类的属性访问修改struct的某个成员，是不会成功的，修改的实际上是栈内的副本，此时只能是将修改后的值重新赋值回去才能生效。

3.  综上：                                
（1）无论是从概念上还是从实践的角度，struct的成员都应当是只读的。要做到这一点，首先将所有Field的可访问性设置为不公开，公开的只有属性的get方法。
（2）如果你出于代码简（tou）洁（lan）的考虑设计了一个struct含有可改变的成员，必须将这个struct定义为私有，以保证可控。公开的struct必须声明成员只读，才能保证使用者在所有情况下获得预期的结果。
 

6、用struct管理本地代码的释放问题

用struct管理本地代码时，注意定义释放方法free，而使用时要在恰当时机去明确调用释放方法free。

struct不允许声明覆盖默认的无参构造方法，也没有析构方法。这是因为struct本身就是一份栈内存，无需new新的实例，也无需去释放。

但如果struct内部使用了本地资源，这时本地资源的释放就成了问题。对于object的class类型，我们可以定义实现IDisposable接口，在使用时用using代码块来创建实例。但是对于struct来说，千万不要。因为在using的时候使用的是struct的副本，而内存中可能存在很多很多struct的副本。这种情况下，Dispose的逻辑应当非常可靠才能避免重复释放的问题。

实际上，用struct来管理本地资源的情况强烈推荐要将struct定义为私有或内部，作为一个公开类型的内部实现。这样可以保证所有使用的实例都能够被干净释放，避免内存泄漏。