C#结构体(Struct)详解

在 C# 中，‌结构体（struct）‌ 是一种值类型数据类型，适用于封装小型数据组。与类（class）不同，结构体在栈（Stack）上分配内存，且赋值时会发生值复制。以下是结构体的核心特性和用法：

‌结构体核心特点‌
结构提供了一种轻量级的数据类型，适用于表示简单的数据结构，具有较好的性能特性和值语义：

• 值类型‌：赋值时复制整个数据，修改副本不影响原数据。
• 结构可带有方法、字段、索引、属性、运算符方法和事件，适用于表示轻量级数据的情况，如坐标、范围、日期、时间等。
• 结构可定义构造函数，但不能定义析构函数。但是，您不能为结构定义无参构造函数。无参构造函数(默认)是自动- 定义的，且不能被改变（C# 10 前不能定义无参构造器，所有字段需在构造器中初始化。）。
• 与类不同，结构不能继承其他的结构或类。
• 结构不能作为其他结构或类的基础结构。
• 结构可实现一个或多个接口。
• 结构成员不能指定为 abstract、virtual 或 protected。
• 当您使用 New 操作符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 操作符即可被实例化。
• 如果不使用 New 操作符，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。
• 结构变量通常分配在栈上，这使得它们的创建和销毁速度更快。但是，如果将结构用作类的字段，且这个类是引用类型，那么结构将存储在堆上。
• 结构默认情况下是可变的，这意味着你可以修改它们的字段。但是，如果结构定义为只读，那么它的字段将是不可变的。

‌结构体 vs 类‌

‌结构体定义示例‌

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;

    // C# 10+ 允许显式无参构造器
    public Point()
    {
        X = 0;
        Y = 0;
    }

    public Point(int x, int y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }

    public void Print() => Console.WriteLine($"({X}, {Y})");
}

‌使用结构体‌

// 创建结构体实例
Point p1 = new Point(10, 20);
Point p2 = p1; // 值复制

p2.X = 30;     // 修改副本不影响原数据
p1.Print();     // 输出: (10, 20)
p2.Print();     // 输出: (30, 20)

// 使用无参构造器（C# 10+）
Point p3 = new Point();
p3.Print();     // 输出: (0, 0)

‌何时使用结构体？‌

1. 数据量小‌：字段较少（通常少于 16 字节）。
2. 不可变需求‌：设计为不可变类型（所有字段只读）。
3. ‌避免装箱‌：减少值类型与引用类型转换的性能损耗。
4. ‌高频实例化‌：如游戏中的坐标计算，减少堆内存压力。

‌注意事项‌

• 避免大型结构体‌：复制成本高，可能降低性能。
• ‌慎用可变结构体‌：修改副本可能导致预期外的行为。
• ‌构造器必须初始化所有字段‌：否则编译报错。
• ‌实现接口需谨慎‌：可能导致装箱操作（将结构体转为 object 或接口类型时）。

通过合理使用结构体，可以优化内存分配和程序性能，但需根据场景权衡值与引用类型的优缺点。