C#语言struct结构体适用场景和注意事项

C#中struct结构体是一个特殊的存在，值类型栈内拷贝。struct和class定义上有些相似，区别主要是值类型和引用类型的区别。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

通过阅读微软的技术文章Choosing Between Class and Struct，可以了解到选择使用struct的一些准则。

考虑 定义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

避免 定义struct 除非 类型满足以下全部特征：

逻辑上表达了一个单一值，类似基本数据类型（int, double）

实例大小低于16字节

不可改变

不会被频繁装箱

个人总结了一些使用struct的建议：

对于初学者或者一般情况，请使用class不要考虑struct。当程序需要考虑性能而进行优化的阶段再考虑struct问题

定义struct时，尽量作为私有类型或内部类型，不要公开

struct的属性不要定义公开的set方法，也就是不可改变。公开的都是只读，只能在构造时赋值。

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！

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

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，没有“银弹”能够在所有情况下解决所有问题。

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。struct压根就不在GC堆内存中分配，而是直接在栈内存中分配。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。以上这些特性只能说和class在使用上会有差异，需要注意。但说不上是优点还是缺点，取决于用法和具体情况。另外，struct不存在并发竞争问题，多线程安全，这应该算是优点了。

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。

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，复制来复制去的，如果struct的定义的字段比较多占用很多字节的话，复制的成本就会很高。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”。

struct是不可变的！

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。struct的所有公开的属性、字段都应该是用于获取这个单一值的一些特征的，这从概念上就杜绝了可赋值的属性这样的定义。

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。

举例来说，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。

综上，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。

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。

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，而使用时要在恰当时机去明确调用释放方法。

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。