装箱
结构是值类型。值类型不能继承其他类型,也不能被其他类型继承。
所以它的方法都是确定的,没有虚方法需要在运行时进行动态绑定。
值类型没有对象头,方法调用由编译器直接确定。
但是,如果使用引用类型变量(如接口或object)来存储一个值类型,
或者调用了从object类继承的方法(如ToString),那么会发生装箱。
这时,这个值类型会在堆上创建一个副本,并为它添加对象头。此时它的行为和引用类型一样。
副本
的意思是复制品。
如果把一个引用类型的值强制转换为值类型,就会去掉它的对象头,
并把内容复制到目标位置,这称为拆箱。
.Net不会记录这个装箱的数据,多次调用从object类继承的方法,
或多次赋值给不同的引用类型变量,都会重新进行装箱。
值类型直接存储自己的数据,而不是通过指针引用其他位置的数据。
值类型的位置取决于它是不是临时变量。如果它是一个方法的局部变量,
或者是另一个栈上数据的字段,那它就是在栈上的。
如果它是作为引用类型的字段,或者是已经装箱的数据,那他就在堆上。
引用类型使用的堆内存,又称为托管堆。
托管是指.Net能够管理堆内存的分配,监视,回收,释放等操作。
但这些操作都需要消耗一定的性能。
在栈上的数据都是临时的,它们的分配和使用不需要经过这么多操作。
所以未被装箱的值类型,比引用类型具有更高的性能。
结构
声明结构
结构使用struct
关键字进行声明。它不能指定基类,也不能成为基类。但结构可以实现接口。
所有以struct
声明的结构都继承自System.ValueType
类型,这是所有值类型的基类,而System.ValueType
继承自object
类型。
引用类型的直接数据只是一个指针,所以以下声明是可行的。
internal class MyClass
{public MyClass my;//但是不能写 = new MyClass()
}
而结构是直接包含数据的,所以结构不允许声明自己类型的字段(也不能用多个结构间接套娃)。
internal struct MyStruct
{public MyStruct ms;//这是错误的
}
结构初始值
结构的初始值(使用default
关键字,创建数组元素,或作为其他类型的字段)
是它所有字段都为default
的情况。它不会经过任何构造器。
如果你声明一个结构变量,但没有对它的所有字段赋值,那么你不能使用这个变量,
因为它相当于一个未赋值的局部变量。
你可以直接对这个变量赋值一个新的结构实例,
或者如果这个结构的所有字段都是public
的,那你可以逐个对它们赋值。
结构构造器
结构必须有一个无参的构造器,并且它必须是public
的。
如果你没有定义无参的构造器,编译器会自动为你添加一个。
但是如果你自己定义了无参的构造器,那么它也必须是public
的。
结构的字段初始值赋值会自动合并到你显式定义的构造器的开头。
如果你要使用初始值赋值,必须显式定义至少一个构造器。
编译器添加的无参构造器不会合并字段初始值。
相等判断
引用类型默认有一个==
运算符的重载,它比较两个对象的引用是否相同。但结构没有这样的重载,如果你想使用==
运算符,你必须自己重载它。
结构从object
类继承的Equals
方法在ValueType
类中被重写了,默认实现是利用反射
动态比较所有字段的相等性。反射是非常消耗性能的,所以强烈建议对每个自定义结构都重写Equals
方法。
不可变性
结构只能对变量进行修改。一个从方法或属性获得的结构是无法对成员进行修改的。
结构类型的只读字段也无法对值进行修改。
因此如果要改变结构类型的属性的成员,必须先用变量接收整个结构。
struct Point
{public int X;public int Y;
}class Player
{public int Hp { get; set; }public Point Point { get; set; }
}
Player player = new Player();
//player.Point.X = 60; 不能这样赋值
Point point = player.Point;
point.X = 60;
player.Point = point;
只读结构
结构可以为它的方法,属性,索引器添加readonly
修饰符。
这样的方法体中,不允许修改字段的值。
但是,如果调用了其他没有readonly
修饰符的方法,属性,索引器,
那么会在方法开头创建一个防御性副本。也就是说,要对整个结构进行一次复制操作。
使用in
参数可以创建一个引用传递参数。它可以以指针的方式访问原始数据。
但不允许对它做出修改。类似于readonly
方法,在这里面无法修改它的字段,
但如果你调用了它没有readonly
修饰符的方法,那也会创建一个防御性副本来保证原始数据不被修改。
所以,出于性能优化考虑,可以对整个结构使用readonly
修饰符。
这样,它的所有字段都必须有readonly
修饰符,而它的其他成员会视为具有readonly
修饰符。
引用传递一个只读结构将保证不会创建防御性副本。
一个指针大小在32位程序中相当于一个int,在64位程序中相当于一个long。
避免复制是针对大型结构的优化。对于没有太大复制开销的小型结构,寻址过程可能导致得不偿失。
引用结构
引用结构在结构前添加ref
修饰符,这意味着结构中可以包含引用变量字段。
引用变量是安全的托管指针,c#对它做了很多限制来保证安全。
引用变量只能存在于栈上,所以引用结构也只能存在于栈上。
为了避免引用结构出现在堆上:
- 它只能作为局部变量或其他引用结构的字段
- 它不能实现接口,因为转换为接口会导致装箱。
- 它不能赋值给
ValueType
或object
类型,也不能调用它们的方法(包括ToString
) - 不能声明引用结构的数组。
- 它不能作为泛型的类型参数
- 它不能被匿名方法或局部方法捕获
- 它不能出现在迭代器或异步方法中