C#知识学习-008（​​结构类型）

1.概念

结构类型（或 struct type）是一种可封装数据和相关功能的值类型。简单来说：当你创建一个 struct变量时，这个变量​​直接存储了整个数据的内容​​。

struct主要用于封装​​轻量级的数据集合​​（如坐标、点、颜色、日期），它通常包含的数据不多，且没有复杂的行为，举例如下：

public struct Coords
{
//这是一个构造函数，用于创建Coords结构的新实例
//它接受两个double类型的参数：x和y,赋给对应的属性X和Y
public Coords(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}

public double X { get; set; } // 自动实现属性 X
public double Y { get; set; } // 自动实现属性 Y
}

1.1 public

public这个关键字，它是 C# 中非常重要的一个概念——​​访问修饰符​​

想象一下你住的房子：

• 有些房间（比如客厅）是 ​​公开 (public)​​ 的，任何人都可以进来。

• 有些房间（比如你的卧室）是 ​​私有 (private)​​ 的，只有你自己或者你允许的人才能进。

• 还有一些区域（比如家里的书房）可能是 ​​受保护 (protected)​​ 的，只有你和你的家人（子类）可以用。

• 或者像小区里的公共设施，只有本小区的住户（同一个程序集）可以用，这叫 ​​内部 (internal)​​。

如果例子中去掉public：

struct Coords // 没有 public -> 默认 private!
{
Coords(double x, double y) // 没有 public -> 默认 private!
{
X = x;
Y = y;
}

double X { get; set; } // 没有 public -> 默认 private!
double Y { get; set; } // 没有 public -> 默认 private!
}

如果你想在 Coords结构外部创建一个坐标点，会报错，因为Coords的构造函数是 private的，没有权限调用它！

Coords myPoint = new Coords(1.0, 2.0); // 这行会报错！

如何选择呢？

• 想让别人（其他代码）能用你的东西（类、方法、属性）？ ➡️ 加上 public。

• 想把这个东西藏起来，只给自己（当前类/结构）用？ ➡️ 用 private（或者不写修饰符）。

• 想只给同一个项目（程序集）里的代码用？ ➡️ 用 internal。

• 想只给继承你的子类用？ ➡️ 用 protected。

1.2 自动实现属性

例子中的自动实现属性（Auto-Implemented Property）声明：public double X { get; set; }

double​​：表示这个属性的数据类型是双精度浮点数。​​X​​：属性的名称。

​​{ get; set; }​​：这是属性的访问器（accessors）声明。

get：表示获取属性值的访问器。当你读取X的值时（例如 var value = obj.X;），就会调用这个get访问器。
set：表示设置属性值的访问器。当你给X赋值时（例如 obj.X = 3.14;），就会调用这个set访问器。

自动实现​​：这种只有get;和set;而没有显式实现的方式，是C#的自动实现属性。
编译器会自动生成一个隐藏的、我们看不到的私有字段，用来存储属性的实际值。

只读自动属性​​：如果只有get访问器，没有set访问器，那么这个属性就是只读的：

public double X { get; } // 只读属性

2. 结构初始化和默认值

2.1 默认初始化（零值）

• 所有字段/属性被初始化为零值（数值类型为 0）

• ​​不调用​​任何构造函数

Coords point1 = default;
Console.WriteLine($"{point1.X}, {point1.Y}"); // 0, 0

2.2 数组初始化

• 数组元素自动初始化为零值

• 不调用任何构造函数

var points = new Coords[3];
Console.WriteLine($"{points[0].X}, {points[0].Y}"); // 0, 0

补充：当你创建数组：var points = new Coords[3];

C# 会​​自动初始化每个数组元素​​为类型的默认值（零值），对于 Coords结构：

// 相当于每个元素都执行了：
points[0] = default(Coords); // X=0, Y=0
points[1] = default(Coords); // X=0, Y=0
points[2] = default(Coords); // X=0, Y=0

2.3 使用new但不传参数（错误）

• 因为没有无参数构造函数

• 如果添加无参数构造函数（C#10+），行为会改变

// 编译错误：没有无参数构造函数
Coords point2 = new Coords();

2.4 使用自定义构造函数

• 正常调用自定义构造函数

Coords point3 = new Coords(5, 10);
Console.WriteLine($"{point3.X}, {point3.Y}"); // 5, 10

2.5 手动初始化（不使用new）

• 必须在使用前初始化所有字段

• 不调用任何构造函数

Coords point4;
point4.X = 15;
point4.Y = 20;
Console.WriteLine($"{point4.X}, {point4.Y}"); // 15, 20

补充：部分初始化问题（编译错误）

Coords point5;
point5.X = 3; // 只初始化一个
Console.WriteLine(point5.Y); // 错误: 使用了未赋值的变量

总结：

​​初始化方式​​

​​是否调用构造函数​​

​​字段值​​

​​是否安全​​

3.“值语义”

3.1 ​​赋值就是复制

当你将一个 struct变量 (A) 赋值给另一个 struct变量 (B) 时，会发生什么？

A变量里存储的​​整个数据内容会被完整地、逐字节地复制一份​​放到 B变量里。修改 B​不会​​影响原来的 A。我们继续使用上述的Coords结构举例：

Coords point1 = new Coords(10, 20);
Coords point2 = point1; // 将 point1 的数据 (10,20) 整个复制一份给 point2

point2.X = 30; // 修改 point2 的 X
Console.WriteLine(point1.X + "," + point1.Y); // 输出: (10, 20) -> point1 没变！
Console.WriteLine(point2.X + "," + point2.Y); // 输出: (30, 20) -> 只有 point2 变了

3.2 传参时也是复制​​

当你将一个 struct变量作为参数传递给一个方法时，传递的也是它的​​数据副本​​。方法内部对这个参数的修改，通常​​不会​​影响方法外面原来的那个变量（除非用了 ref或 out）。

void ModifyCoord(Coords coord)
{
coord.X = 100; // 修改的是传入的那个副本
}

Coords myPoint = new Coords(5, 5);
ModifyCoord(myPoint);
Console.WriteLine(myPoint); // 输出: (5, 5) -> myPoint 没变！

3.3 ​​返回时也是复制​​

当一个方法返回一个 struct时，返回的也是它的一个​​副本​​。（了解即可）

4. readonly

可以使用 readonly 修饰符来声明结构类型为不可变。 readonly 结构的所有数据成员都必须是只读的，如下所示：

        任何字段声明都必须具有 readonly 修饰符。
        任何属性（包括自动实现的属性）都必须是只读的，或者是 init 只读的。

用 readonly修饰的结构体，​​从设计上保证它创建后内容绝对不可变​​。类似你给结构体套了个"金钟罩"。

public readonly struct Coords // ← 关键声明
{
public Coords(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}

//public double X { get; set; } // 编译错误！不能有可写属性（set）

public double X { get; } // 只读属性（无set）
public double Y { get; init; } // init-only属性（仅构造时可赋值）

public override string ToString() => $"({X}, {Y})";
}

5.非破坏性变化（with表达式）

• ​​非破坏性​​：原始对象不会被修改​​
• ​​语法​​：源对象 with { 要修改的属性 = 新值 }
• ​​要求​​：
  • 结构体必须是 readonly
  • 属性必须有 init访问器

// 使用
var p1 = new Coords(0, 0);
var p2 = p1 with { X = 30 }; // 创建 p1 的副本，只修改 X

public readonly struct Coords // 必须是只读结构
{
public double X { get; init; } // init 允许初始化后安全修改副本
public double Y { get; init; }
}

6.记录结构（record struct）

这是 with表达式的增强版：

• ​​超级简洁​​：一行代码定义整个结构体
• ​​自动功能​​：
  • 自动生成 ToString()方法
  • 自动生成值比较（Equals）
  • 自动支持 with表达式
• ​​两种类型​​：
  • record struct：可变记录
  • readonly record struct：不可变记录

//自动生成 ToString()方法
var point = new Coords(3, 4);
Console.WriteLine(point); // 输出：Coords { X = 3, Y = 4 }

//自动生成​​值比较​​逻辑
var p1 = new Coords(1, 2);
var p2 = new Coords(1, 2);
var p3 = new Coords(3, 4);

Console.WriteLine(p1 == p2); // 输出：True（值相同）
Console.WriteLine(p1.Equals(p3)); // 输出：False（值不同）

// 自动支持 with表达式
var p1 = new Coords(10, 20);
var p2 = p1 with { X = 30 };

public record struct Coords(double X, double Y); // 一行定义！

学到了这里，咱俩真棒，记得按时吃饭（希望你今天是开心的~）

【本篇结束，新的知识会不定时补充】

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