Чем class отличается от struct?
Чем class отличается от struct ? Когда использовать одно, а когда другое?
Отличия
В С++ классом называются типы объявленные с помощью class , struct или union .
Это означает что в С++ есть только классы, и все правила для class и struct одинаковы, за исключением случаев где отличия указаны явно.
Отличий class от struct всего два
Member access control [class.access]
Члены класса, определенного с помощью ключевого слова class , по умолчанию являются private . Члены класса, определенного с помощью ключевого слова struct или union , по умолчанию являются public .
Accessibility of base classes and base class members [class.access.base]
При отсутствии спецификатора доступа (т.е. private/protected/public) у базового класса, базовый класс будет public если класс определен с помощью struct и private если класс определен с помощью class .
(Хотя union и является классом, он имеет много других отличий от class и struct , что выходит за рамки этого вопроса.)
Использование
Есть популярное мнение, что для "расово правильных ООП классов" надо использовать только class , а для структур данных — только struct , и еще у struct не должно быть методов. Это не более чем вкусовщина, и подобные вещи должны быть закреплены в руководствах по стилю кодирования, как например это сделано в Google C++ Style Guide.
В коротких примерах кода, предпочтительнее использовать struct , и не использовать private/public, если они не относятся к сути проблемы.
Классы или структуры, в чем отличия
Чтобы лучше понять, когда использовать класс или структуру, рассмотрим различия между структурами и классами. Дополнительный пример см. здесь.
Структуры синтаксически очень похожи на классы, но существует принципиальное отличие, которое заключается в том, что класс – является ссылочным типом (reference type), а структуры – значимым типом (value type) (см. статью «Типы данных«). Следовательно, классы всегда создаются в так называемой “куче” (heap), а структуры создаются в стеке (stack).
Но это справедливо в очень простых случаях, главное отличие структур и классов: структуры, указываемые в списке параметров метода, передаются по значению (то есть копируются), объекты классов — по ссылке. Именно это является главным различием в их поведении, а не то, где они хранятся. Примечание: структуру тоже можно передать по ссылке, используя модификаторы out и ref.
Чем больше вы будете использовать структуры вместо маленьких классов, тем менее затратным по ресурсам будет использование памяти.
Так же как и классы, структуры могут иметь поля, методы и конструкторы. О конструкторах структур уже говорилось, ибо это важный критерий при сравнивании классов и структур.
Мы выяснили, что все встроенные типы значений задаются структурами, например, числовые типы int, long, float определены структурами System.Int32, System.Int64 и System.Single соответственно. Эти структуры имеют поля и методы. Мы уже вызывали методы у переменных этих типов. Например, каждая из перечисленных структур имеет метод ToString( ). Также у перечисленных структур есть статичные поля, например, Int32.MaxValue или Int32.MinValue. Получается, что мы уже многократно использовали структуры.
В отличие от классов, использование публичных полей в структурах в большинстве случаев не рекомендуется, потому что не существует способа контролирования значений в них. Например, кто-либо может установить значение минут или секунд более 60. Более правильный вариант в данном случае использовать свойства, а в конструкторе осуществить проверку:
В результате будет напечатано число часов: 6 (остаток от деления 30 на 24).
Заменим конструктор Time(…) конструктором без параметров:
Получим сообщение об ошибке:
«Структуры не могут содержать явных конструкторов без параметров»
Причина возникновения ошибки в том, что вы не можете использовать конструктор по умолчанию (без параметров) для структуры, потому что компилятор всегда генерирует его сам.
Что же касается класса, то компилятор создает конструктор по умолчанию только в том случае, если Вы его не создали. При объявлении класса нет проблем создать собственный конструктор без параметров (замените в программе ключевое слово struct на class, вы получите результат — 7).
Еще один эксперимент. Замените снова class на struct и удалите полностью конструктор Time(). Запустите программу, она будет выполнена, результат – 0. Вы получите три предупреждения типа:
«Полю «ConsoleApplication1.Time.hours» нигде не присваивается значение, поэтому оно всегда будет иметь значение по умолчанию 0».
Это означает, что был сгенерирован конструктор (без параметров) для структуры, который всегда устанавливает поля в 0, false или null (для объектов) – как и для классов. Поэтому Вы можете быть уверенными в том, что созданная структура всегда будет вести себя адекватно в соответствии со значениями по умолчанию в используемых типах.
Если Вы не хотите использовать значения по умолчанию, то можете инициализировать поля своими значениями в конструкторе с параметрами для инициализации.
Однако если в этом конструкторе не будет инициализировано какое-нибудь значение, компилятор не будет его инициализировать и покажет ошибку.
Два правила структур
Первое правило структуры: Всегда все переменные должны быть инициализированы.
В классах Вы можете инициализировать значение полей непосредственно при их объявлении. В структурах такого сделать нельзя, и поэтому данный код вызовет ошибку при компиляции. Поэтому:
Второе правило структуры: Нельзя инициализировать переменные в том месте, где они объявляются.
Сравнение классов и структур в сжатом виде:
| Вопрос | Структура | Класс |
| Какого же типа экземпляр объекта? | Значимый (value) тип | Ссылочный (reference) тип |
| Где “живут” экземпляры этих объектов? | Экземпляры структуры называют значениями и “живут” они в стеке (stack). | Экземпляры классов называют объектами и “живут” они в куче (heap). |
| Можно ли создать конструктор по умолчанию? | Нет | Да |
| Если создается свой конструктор, будет ли компилятор генерировать конструктор по умолчанию? | Да | Нет |
| Если в своём конструкторе не будут инициализированы некоторые поля, будут ли они автоматически инициализированы компилятором? | Нет | Да |
| Разрешается ли инициализировать переменные там, где их объявляют? | Нет | ДА |
Поля структуры могут быть инициализированы при использовании конструктора (если объект объявляется с помощью оператора new), причем не важно, какого «собственного» или «по умолчанию».
К особенностям структур можно отнести еще и тот факт, что вследствие того, что структуры являются значимым типом, то можно создать структуру без использования конструктора, например:
В таком случае, переменная t создается, но поля не будут инициализированы конструктором (нет оператора Time t = new Time();). Правда, теперь поля структуры придется объявлять только с модификатором public.
Замечания, над которыми стоит подумать (проверить практикой):
1. Используйте структуры, это признак хорошего тона в программировании на C#, хотя некоторые авторы наоборот рекомендуют как можно меньше использовать структуры, предпочитая классы.
2. Дополнения: структуры не могут быть абстрактными, структуры не имеют деструкторов, структуры не поддерживают наследование.
3. Главное отличие структур и классов: структуры передаются по значению (то есть копируются), объекты классов — по ссылке. Именно это является существенным различием в их поведении, а не то, где они хранятся.
4. Структуру тоже можно передать по ссылке, используя модификаторы out и ref.
Примечание. Как получить размер объекта в .Net.
В .Net оператор sizeof(тип) умеет возвращать размеры только простых значимых типов. При попытке направить его на любой управляемый в куче объект вы получите ошибку. Единственный более-менее достоверный способ узнать объем памяти, занимаемый объектом, это сравнение размеров используемой памяти до инициализации объекта-массива и после, например:
Ответ: 400016 байт. Конец примечания.
Теперь после обсуждения структур перейдем к рассмотрению массивов — важнейших конструкций данных, всегда размещаемых в управляемой куче и являющихся объектами.
NEW: Наш Чат, в котором вы можете обсудить любые вопросы, идеи, поделиться опытом или связаться с администраторами.
Структуры
Как вам должно быть уже известно, классы относятся к ссылочным типам данных. Это означает, что объекты конкретного класса доступны по ссылке, в отличие от значений простых типов, доступных непосредственно. Но иногда прямой доступ к объектам как к значениям простых типов оказывается полезно иметь, например, ради повышения эффективности программы. Ведь каждый доступ к объектам (даже самым мелким) по ссылке связан с дополнительными издержками на расход вычислительных ресурсов и оперативной памяти.
Для разрешения подобных затруднений в C# предусмотрена структура, которая подобна классу, но относится к типу значения, а не к ссылочному типу данных. Т.е. структуры отличаются от классов тем, как они сохраняются в памяти и как к ним осуществляется доступ (классы — это ссылочные типы, размещаемые в куче, структуры — типы значений, размещаемые в стеке), а также некоторыми свойствами (например, структуры не поддерживают наследование). Из соображений производительности вы будете использовать структуры для небольших типов данных. Однако в отношении синтаксиса структуры очень похожи на классы.
Главное отличие состоит в том, что при их объявлении используется ключевое слово struct вместо class. Ниже приведена общая форма объявления структуры:
где имя обозначает конкретное имя структуры.
Как и у классов, у каждой структуры имеются свои члены: методы, поля, индексаторы, свойства, операторные методы и события. В структурах допускается также определять конструкторы, но не деструкторы. В то же время для структуры нельзя определить конструктор, используемый по умолчанию (т.е. конструктор без параметров). Дело в том, что конструктор, вызываемый по умолчанию, определяется для всех структур автоматически и не подлежит изменению. Такой конструктор инициализирует поля структуры значениями, задаваемыми по умолчанию. А поскольку структуры не поддерживают наследование, то их члены нельзя указывать как abstract, virtual или protected.
Объект структуры может быть создан с помощью оператора new таким же образом, как и объект класса, но в этом нет особой необходимости. Ведь когда используется оператор new, то вызывается конструктор, используемый по умолчанию. А когда этот оператор не используется, объект по-прежнему создается, хотя и не инициализируется. В этом случае инициализацию любых членов структуры придется выполнить вручную.
Давайте рассмотрим пример использования структур:
Обратите внимание, когда одна структура присваивается другой, создается копия ее объекта. В этом заключается одно из главных отличий структуры от класса. Когда ссылка на один класс присваивается ссылке на другой класс, в итоге ссылка в левой части оператора присваивания указывает на тот же самый объект, что и ссылка в правой его части. А когда переменная одной структуры присваивается переменной другой структуры, создается копия объекта структуры из правой части оператора присваивания.
Поэтому, если бы в предыдущем примере использовался класс UserInfo вместо структуры, получился бы следующий результат:
Назначение структур
В связи с изложенным выше возникает резонный вопрос: зачем в C# включена структура, если она обладает более скромными возможностями, чем класс? Ответ на этот вопрос заключается в повышении эффективности и производительности программ. Структуры относятся к типам значений, и поэтому ими можно оперировать непосредственно, а не по ссылке. Следовательно, для работы со структурой вообще не требуется переменная ссылочного типа, а это означает в ряде случаев существенную экономию оперативной памяти.
Более того, работа со структурой не приводит к ухудшению производительности, столь характерному для обращения к объекту класса. Ведь доступ к структуре осуществляется непосредственно, а к объектам — по ссылке, поскольку классы относятся к данным ссылочного типа. Косвенный характер доступа к объектам подразумевает дополнительные издержки вычислительных ресурсов на каждый такой доступ, тогда как обращение к структурам не влечет за собой подобные издержки. И вообще, если нужно просто сохранить группу связанных вместе данных, не требующих наследования и обращения по ссылке, то с точки зрения производительности для них лучше выбрать структуру.
Любопытно, что в С++ также имеются структуры и используется ключевое слово struct. Но эти структуры отличаются от тех, что имеются в C#. Так, в С++ структура относится к типу класса, а значит, структура и класс в этом языке практически равноценны и отличаются друг от друга лишь доступом по умолчанию к их членам, которые оказываются закрытыми для класса и открытыми для структуры. А в C# структура относится к типу значения, тогда как класс — к ссылочному типу.
Структуры (struct) в C#
Структура ( struct ) в C# — это пользовательский тип данных, который используется наряду с классами и может содержать какие-либо данные и методы. Структурами также являются такие типы данных как int , double и т.д. Основное отличие структуры ( struct ) от класса ( class ) заключается в том, что структура — это тип значений, а класс — это ссылочный тип.
Объявление структуры
Для того, чтобы объявить переменную типа структуры в C# используется ключевое слово struct :
После ключевого слова struct следует имя структуры и далее, в фигурных скобках — элементы структуры (поля, методы и т.д.). Например, определим структуру, которая описывает точку в трехмерном пространстве:
Наша структура содержит три свойства — координаты X,Y,Z и один переопределенный метод ToString , который возвращает строку с координатами точки. Обращение к полям, свойствам и методам структуры, как и в случае с классами, происходит с использованием имени переменной, например:
здесь Point — это имя переменной типа Point3D .
Создание структуры
Как и в случае с классами, структуры в C# можно создавать с использованием ключевого слова new :
После того, как структура создана, её полям и свойствам можно присваивать значения (см. в предыдущем пункте).
Начиная с .NET 5 в C# 9 можно использовать краткую форму записи new :
Если структура содержит только публичные поля (не путать со свойствами) и методы, то можно не вызывать конструктор, а сразу назначить значение полей и после этого вызывать методы структуру. Например:
Начиная с версии C# 10 полям структуры можно присваивать значения по умолчанию, однако, в этом случае необходимо будет вызвать new(), чтобы создать экземпляр структуры. Например:
Если мы попытаемся вывести в консоль значения полей вот так:
то получим ошибку «Попытка доступа к неинициализированной переменной». Поэтому, необходимо получать доступ к переменной point с использованием оператора new:
Конструкторы структур
Здесь, опять же, структуры ничем не отличаются от классов C#. У любой структуры есть как минимум один конструктор (конструктор по умолчанию) без параметров. При этом, мы можем создавать свои конструкторы и точно также, как и с классами вызывать их по цепочке, например:
Создаем структуры ( struct )
Начиная с версии C# 10 мы можем также создать для структуры свой конструктор без параметров:
Инициализатор структур struct
Значения полей и свойств структуры, как в случае и с классами, можно задавать непосредственно при создании, используя следующую языковую конструкцию:
то есть вначале мы объявляем переменную, затем вызываем конструктор и затем в фигурных скобках указываем имена полей или свойств и их значения. Даже, если мы создадим и проинициализируем структуру вот так:
то значения полей будут теми, которые мы указываем в инициализаторе, т.е. 24, 45 и 22.
Копирование структур с изменением значений (оператор with)
Начиная с версии C# 10 мы можем копировать значения структур с изменениями, например:
Вывод в консоли:
Отличие структуры от класса в C#
Думаю, что после прочтения всего, что было выше, у любого начинающего программировать в C# человека возникнет резонный вопрос: если у структур в C# всё тоже самое, что и у классов. то зачем нам эти структуры нужны и, если всё-таки они нужны, то когда их использовать? Попробуем в кратце разобраться с этим вопросом вместе.
Структура — тип значений, класс — ссылочный тип
Если не вдаваться далеко в подробности работы программ, то основное отличие struct от class заключается в том, что структура храниться целиком в стеке, а объект класса храниться в куче, а ссылка на него — в стеке. В результате этого, доступ к данным структуре будет путь не намного, но быстрее, чем к классу. О том, что такое стек и куча мы ещё поговорим позднее.
Структуры не поддерживают наследование
В отличие от классов C#, наследование структур не поддерживается, то есть вот такой код приведет к ошибке:
Когда использовать структуры (struct), а когда классы (class) в C#
Конечно, вопрос о том, что лучше использовать зависит, в первую очередь, от того в контексте чего задается такой вопрос, но основная рекомендация от Microsoft может быть сформулирована следующим образом: структуры (struct) стоит использовать в том случае, если ваш объект содержит минимальное количество каких-либо логически связанных операций или не содержит их вообще.
Например, использование структур вполне оправдано в примерах выше — описание точки в трехмерном пространстве. Максимум логики, которую мы можем добавить в структуру — это переопределить операторы сложения, вычитания и равенства.
Если же мы пробуем описать с помощью своего типа данных, например, автомобиль, то тут уже логика может быть самая разветвленная: проверка наличия топлива в баке, технические характеристики, оценка состояния в зависимости от каких-либо внешних или внутренних факторов и т.д. Соответственно, в этом случае, более предпочтительным будет использование не структуры, а класса.
Итого
Как и классы в C#, структуры позволяют определить пользовательский тип данных в вашем проекте. При этом, на первый взгляд, структуры (struct) практически ни чем не отличаются от классов, однако различия есть: во-первых, структуры относятся к типам значений, во-вторых, структуры не поддерживают механизмов наследования. Использовать или не использовать структуры — решение самого разработчика, однако, рекомендуется использовать тип struct только в том случае, если ваш пользовательский тип данных содержит минимум бизнес-логики или не содержит её вовсе.