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一起學 Class and Struct (C#)
tags: C# Core ReferenceType/ValueType Stack/Heap
學習目標
了解Class和Struct的差異和使用時機
目錄
Class與Struct
直接說明其核心差異其實很簡單如下
- Class 是參考類型(Reference type)
- Struct 是實值類型(Value type)
但什麼是參考類型以及實值類型？其中又有什差異？接下是我們要是我們要了的問題
參考類型、實值類型
初步了解
C#語言中有兩個主要類別分別為
參考類型(Reference type)
- 關鍵字定義：class、interface、delegate、record
- 內建(Built-in)類型：dynamic、object、string
實值類型(Value type)
- 關鍵字定義：struct
- 內建(Built-in)類型：bool、byte、int、char…等等
官方參考文件
Reference types
Value types
除了文件上面的紀錄外想要快速區分其定義也可以查看其繼承，如果有繼承System.ValueType就會是實值類型。
知道定義後接下來說說兩個之間的不同
差異比較
這邊主要透過文章Choosing Between Class and Struct來認識，以下除了整理成自己方便理解的筆記外也外加了許多參考資料。
資源配置與釋放
其資源分配和回收的方式不同如下：
- Reference types：存放於Heap會由garbage-collected(GC)去清理
- Value types：存放於Stack函式結束後直接釋放
這張圖清楚描述了其配置和釋放的不同，其Heap會由GC的機制下去自動釋放
- The image file may be corrupted
- The server hosting the image is unavailable
- The image path is incorrect
- The image format is not supported
圖片來源：Six Important .NET Concepts: Stack, Heap, Value Types, Reference Types, Boxing, and Unboxing
陣列(array)使用差異
因為其資源配置的方式進而影響array內的元素配置方式也會不相同，一般來說Value types對於配置以釋放來說所消耗的資源會更少。
記憶體配置
我們透過以下圖片來了解其儲存的差異，分別為Stack Memory和Heap Memory這邊可以看其差異，
- Value types：儲存時回記錄在Stack當中
- Reference types：會在Stack記錄Heap的位置並且將資料存放在Heap的當中
- The image file may be corrupted
- The server hosting the image is unavailable
- The image path is incorrect
- The image format is not supported
這邊需要而外提到Boxing and Unboxing之行為，其程式碼如下
int i = 123;
// The following line boxes i.
object o = i;
o = 123;
i = (int)o; // unboxing
這樣的轉換操作會把Value types轉變成Reference types方式去做儲存，除了消失Stack儲存的好處外，過多的轉換也可能造成Heap和garbage-collected對於程序造成效能上的影響。
複製操作
因為Reference types的儲存資料的特性，在執行複製候只需要複製位址即可，至於Value types則會需要完整的複製整個數值，因此在資源花費上Reference types會更加便宜。
複製後值變更
Reference types執行複製後其位址還是指向同一份資料，因此作變更時所有指向同一個位址的資料全部都會影響。
Value types的則是完整複製，故在變更的時候不會影響任何複本，但是此行為不是由使用者定義明確的複製操作是隱含建立，可能會造成許多使用者混淆。
如何選擇
這邊直接使用官方解釋
通常有以下的狀況會考慮使用struct
- 實例小、參數短期使用、嵌入在其它物件內
評估方式可確認是否有其特性
- 以邏輯方式表示單一值，類似基本類型(int、double…等)
- 實例大小小於16 bytes
- 不可變
- 不須經常boxed
除此以外的所有情況都直接定義為Class
其它差異
除了儲存方式以外在C#的設計上也有針對Struct也有些限制，因為某些限制會因為C#的版本被開放，這邊列一下目前無法還有的限制
- 無法繼承其它類別或結構，且不能為類別的基底
- 結構可以實作介面
- 無法實作完成項(過去稱為解構子)
結論
整體來說最核心的差異就是儲存方式的不同，可以透過此文章Stack Vs Heap Memory - C#再去強化儲存機制上的認知，儘管使用struct的情境不多，但是有這樣的學過一輪也算是對C#有更深一步的認識，未來在實作上其概念也能更清楚。
相關參考來源：
Stack Vs Heap Memory - C#
Choosing Between Class and Struct
C# Struct 使用注意事項
結構類型的設計限制
