C# 中的结构体和类的异同点、适用场景和性能表现

1. 基本概念

2. 主要相同点

1. 都可以包含成员：
2. 类和结构体都可以包含字段、属性、方法、事件等成员。
3. struct MyStruct { public int Value; public void Display() => Console.WriteLine(Value); } class MyClass { public int Value; public void Display() => Console.WriteLine(Value); }
4. 都可以实现接口：
5. 两者都支持接口实现，但结构体无法继承其他结构体或类。
6. interface IExample { void DoWork(); } struct StructExample : IExample { public void DoWork() => Console.WriteLine("Struct Working"); } class ClassExample : IExample { public void DoWork() => Console.WriteLine("Class Working"); }
7. 可封装逻辑：
8. 类和结构体都可以封装逻辑，用于特定功能的实现。

3. 主要不同点

4. 使用场景

类（Class）适用场景

• 复杂对象：需要多态、继承、抽象和复杂逻辑时。
• 共享数据：对象需要通过引用共享，避免大数据的复制。
• 生命周期较长：对象生命周期较长，需动态分配和管理。
• 状态维护：需要持续跟踪和管理状态的对象。

结构体（Struct）适用场景

• 轻量级数据：用于短期存储的小型、固定大小的数据。
• 高性能场景：对性能要求高的场景，避免堆分配和垃圾回收。
• 不可变对象：创建轻量级的不可变数据类型，例如 DateTime 和 TimeSpan。
• 无需继承：不涉及复杂的继承或多态时。

5. 性能表现

类的性能特点

1. 内存分配在堆上：
2. 通过引用传递，适合处理大型对象和共享数据。
3. 堆分配可能增加垃圾回收（GC）开销。
4. 垃圾回收：
5. 类实例的内存由 GC 管理，可能引入性能波动。
6. 灵活性：
7. 支持动态扩展（如属性或字段），更适合需要动态变化的对象。

结构体的性能特点

1. 内存分配在栈上：
2. 分配和回收速度更快，适合小型数据。
3. 无需垃圾回收，避免 GC 开销。
4. 值传递：
5. 复制整个实例，可能在频繁传递时增加性能开销。
6. 避免了引用共享可能导致的线程安全问题。
7. 内存局部性：
8. 分配在栈上，局部性好，适合高性能计算场景。

6. 示例代码：类和结构体的对比

using System;

class Program
{
    public struct PointStruct
    {
        public int X;
        public int Y;

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

    public class PointClass
    {
        public int X;
        public int Y;

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

    static void Main()
    {
        // 使用结构体
        PointStruct p1 = new PointStruct(10, 20);
        PointStruct p2 = p1; // 值拷贝
        p2.X = 50;

        Console.WriteLine(#34;Struct p1: {p1.X}, {p1.Y}"); // 10, 20
        Console.WriteLine(#34;Struct p2: {p2.X}, {p2.Y}"); // 50, 20

        // 使用类
        PointClass c1 = new PointClass(10, 20);
        PointClass c2 = c1; // 引用拷贝
        c2.X = 50;

        Console.WriteLine(#34;Class c1: {c1.X}, {c1.Y}"); // 50, 20
        Console.WriteLine(#34;Class c2: {c2.X}, {c2.Y}"); // 50, 20
    }
}

7. 注意事项

1. 避免滥用结构体：
2. 结构体适合小型、轻量的值类型数据。如果结构体过大（如超过 16 字节），可能导致性能下降。
3. 类的引用共享问题：
4. 引用类型可能引发意外的状态共享问题，需注意线程安全。
5. 不可变结构体：
6. 尽量将结构体设计为不可变类型（字段设为 readonly），避免值传递时意外更改其状态。
7. 性能评估：
8. 在性能敏感的应用中，需结合场景和需求对类和结构体进行合理选择。

8. 总结

根据项目需求和性能要求，选择类或结构体是实现高效代码的重要设计决策。