C# 结构体介绍

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一、结构体的定义与基本使用

（一）定义结构体

在 C# 中，使用struct关键字来创建结构体。它就像是一个模板，能定义出符合特定需求的数据结构。比如，若要跟踪图书馆中书的信息，可定义如下Books结构体：

struct Books
{
    public string title;
    public string author;
    public string subject;
    public int book_id;
}

在这个结构体定义中，包含了表示书籍标题（title）、作者（author）、主题（subject）以及书籍编号（book_id）的成员变量，类型分别为string和int ，通过这些成员变量可以全面描述一本书的关键属性。

（二）结构体的使用示例

下面是一个完整展示结构体用法的程序示例：

using System;

struct Books
{
    public string title;
    public string author;
    public string subject;
    public int book_id;
};

public class testStructure
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        // 声明两个Books类型的结构体变量Book1和Book2
        Books Book1; 
        Books Book2; 

        // 为Book1的各个成员变量赋值
        Book1.title = "C Programming";
        Book1.author = "Nuha Ali";
        Book1.subject = "C Programming Tutorial";
        Book1.book_id = 6495407;

        // 为Book2赋值
        Book2.title = "Telecom Billing";
        Book2.author = "Zara Ali";
        Book2.subject = "Telecom Billing Tutorial";
        Book2.book_id = 6495700;

        // 打印Book1的详细信息
        Console.WriteLine("Book 1 title : {0}", Book1.title);
        Console.WriteLine("Book 1 author : {0}", Book1.author);
        Console.WriteLine("Book 1 subject : {0}", Book1.subject);
        Console.WriteLine("Book 1 book_id :{0}", Book1.book_id);

        // 打印Book2的详细信息
        Console.WriteLine("Book 2 title : {0}", Book2.title);
        Console.WriteLine("Book 2 author : {0}", Book2.author);
        Console.WriteLine("Book 2 subject : {0}", Book2.subject);
        Console.WriteLine("Book 2 book_id : {0}", Book2.book_id);

        Console.ReadKey();
    }
}

上述代码编译并执行后，输出结果如下：

Book 1 title : C Programming
Book 1 author : Nuha Ali
Book 1 subject : C Programming Tutorial
Book 1 book_id : 6495407
Book 2 title : Telecom Billing
Book 2 author : Zara Ali
Book 2 subject : Telecom Billing Tutorial
Book 2 book_id : 6495700

从示例中能清晰看到，通过结构体变量可方便地访问和操作其内部各个成员变量，分别对不同书籍信息进行赋值和展示，体现了结构体在组织和管理相关数据方面的便利性。

二、C# 结构的特点

（一）丰富的成员类型

结构体不仅能存储简单数据，还可带有方法、字段、索引、属性、运算符方法和事件等多种成员类型。这使其能适用于表示各种轻量级数据，如坐标（包含 x 和 y 坐标值的结构体，搭配方法进行坐标运算等操作）、范围（定义包含起始值和结束值的结构体，以及判断是否包含某个值的方法等）、日期、时间等。

（二）构造函数相关限制与特性

结构体可以定义构造函数，但不能定义析构函数 。并且，结构体不能定义无参构造函数，无参构造函数（默认）由系统自动定义，且不能手动改变。例如：

struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
    // 合法的有参构造函数
    public Point(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
    // 以下是非法的无参构造函数定义，结构体不允许这样写
    // public Point()
    // {
    // }
}

（三）继承方面的限制

结构体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。这意味着结构体在继承体系方面相对独立，更侧重于简单地封装和处理自身内部定义的数据和相关逻辑，不像类那样能通过继承扩展功能、实现多态等复杂的面向对象设计模式。

（四）接口实现能力

虽然结构体不能参与继承关系，但它具备实现一个或多个接口的能力。通过实现接口，结构体可以遵循接口中定义的契约，从而获得特定的行为和功能。例如，若定义一个包含计算面积方法的接口，结构体可以实现该接口来提供面积计算的具体实现。

（五）成员修饰符限制

结构体中的成员默认是public的，也可以使用其他访问修饰符，如private、protected等，但相比类，其使用场景和限制有所不同。例如，在结构体中使用private修饰成员时，需要通过属性或方法来访问这些私有成员，以确保数据的安全性和封装性。

（六）实例化与初始化特点

在实例化结构体时，可以使用构造函数进行初始化，也可以在声明后分别对成员进行赋值。例如：

Point p1 = new Point(10, 20);
Point p2;
p2.X = 30;
p2.Y = 40;

（七）内存分配与性能特点

结构体是值类型，通常在栈上分配内存（在某些情况下，如作为类的成员时，可能会随类一起在堆上分配）。这使得结构体在传递和使用时，是按值复制的，在处理小数据结构且频繁复制或传递时，性能表现较好，能减少内存分配和垃圾回收的开销。但如果结构体过大，值传递时会产生较大性能开销。

（八）可变性特点

结构体默认是可变的，即其成员的值可以在创建后被修改。不过，也可以通过将结构体设计为不可变（所有成员为只读或通过特定设计保证不可修改）来提高其在多线程环境中的安全性，避免数据竞争问题。

三、类 vs 结构

（一）值类型 vs 引用类型

结构体是值类型，在栈上分配内存（特殊情况除外），赋值或传递时是按值复制；类是引用类型，对象在堆上分配内存，赋值或传递时传递的是对象的引用。

（二）继承和多态性

结构体不支持继承，不能从其他结构体或类继承，也不能被其他结构体或类继承；类支持继承和多态，可以通过继承实现代码复用和多态行为。

（三）默认构造函数

结构体隐式地具有一个无参数的默认构造函数，将所有字段初始化为默认值，但不能手动定义无参构造函数；类可以显式地定义默认构造函数或其他构造函数。

（四）赋值行为

结构体赋值时，会创建一个新的副本，两个变量相互独立；类赋值时，只是复制引用，两个变量指向同一个对象，对其中一个变量的修改会影响另一个。

（五）传递方式

结构体作为方法参数传递时，是按值传递，方法内对参数的修改不会影响外部变量；类作为方法参数传递时，是按引用传递，方法内对参数的修改会影响外部变量。

（六）可空性

结构体本身不可空，但可以通过Nullable类型使其可空；类本身就是引用类型，默认可以为null。

（七）性能和内存分配

在处理小数据结构且频繁复制或传递时，结构体性能更好，内存使用更高效；对于大数据结构或需要复杂的对象层次和多态行为时，类更合适。因为结构体过大时，值传递开销大，且不支持继承和多态，无法满足复杂需求。