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C# 結構與類(對於開發者的運行原理)

在 C# 中,structs 和 classes 都是組織和儲存資料的基本建構塊,但它們具有不同的特性,因此適用於不同的情境。 瞭解 C# 結構與類別之間的差異 對於在設計 C# 應用程式時做出明智的決策至關重要。

在這篇文章中,我們將探討 struct 和 classes 的主要區別,討論它們的使用案例、記憶體管理和效能影響。 此外,我們還將討論如何使用 IronPDF for C# 的結構體和類別來建立 PDF 檔案。

1.結構體和類概述

1.1.類別 (參考類型)。

參照類型:C# 中的類別是居於堆上的參照類型,這表示當建立類別的實體時,會在記憶體中儲存物件的參照。

堆分配:類別實體在堆記憶體分配上分配記憶體,提供大小上的彈性,並允許物件在程式碼的不同部分共用。

Default Constructor: 類別可以有一個預設的構造器,如果沒有明確定義,則會自動提供預設的構造器。

繼承:類別支援繼承,允許建立具有共用特性的衍生類別。

using System;

// Define a class
public class MyClass
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;

    // Constructor
    public MyClass(int value)
    {
        MyField = value;
    }

    // Method to display the value
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Value in MyClass: {MyField}");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create an instance of the class
        MyClass myClassInstance = new MyClass(10);

        // Access field and call method
        myClassInstance.Display();

        // Classes are reference types, so myClassInstance refers to the same object in memory
        MyClass anotherInstance = myClassInstance;
        anotherInstance.MyField = 20;

        // Both instances refer to the same object, so the change is reflected in both
        myClassInstance.Display();
        anotherInstance.Display();
    }
}
using System;

// Define a class
public class MyClass
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;

    // Constructor
    public MyClass(int value)
    {
        MyField = value;
    }

    // Method to display the value
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Value in MyClass: {MyField}");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create an instance of the class
        MyClass myClassInstance = new MyClass(10);

        // Access field and call method
        myClassInstance.Display();

        // Classes are reference types, so myClassInstance refers to the same object in memory
        MyClass anotherInstance = myClassInstance;
        anotherInstance.MyField = 20;

        // Both instances refer to the same object, so the change is reflected in both
        myClassInstance.Display();
        anotherInstance.Display();
    }
}
Imports System

' Define a class
Public Class [MyClass]
	' Fields (data members)
	Public MyField As Integer

	' Constructor
	Public Sub New(ByVal value As Integer)
		MyField = value
	End Sub

	' Method to display the value
	Public Sub Display()
		Console.WriteLine($"Value in MyClass: {MyField}")
	End Sub
End Class

Friend Class Program
	Shared Sub Main()
		' Create an instance of the class
		Dim myClassInstance As [MyClass] = New [MyClass](10)

		' Access field and call method
		myClassInstance.Display()

		' Classes are reference types, so myClassInstance refers to the same object in memory
		Dim anotherInstance As [MyClass] = myClassInstance
		anotherInstance.MyField = 20

		' Both instances refer to the same object, so the change is reflected in both
		myClassInstance.Display()
		anotherInstance.Display()
	End Sub
End Class
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C# Struct vs Class (How It Works For Developers):圖 1 - 控制台中先前程式碼的輸出

1.2.結構 (值類型)。

Value Types: 結構是值類型,這表示實際資料會儲存在變數宣告的地方,而不是像原始類型一樣儲存在記憶體中的獨立位置。這也意味著,如果不使用 Nullable<> 標籤使其成為 nullable 類型,就無法指定 struct 為其值類型的 null 值。

Stack Allocation: Struct 实例在堆栈上分配内存,从而加快分配和取消分配的速度,但在大小和范围上有限制。

沒有預設的構成器:除非明確定義,否則 Structs 沒有預設的構成器。 每個欄位都必須在實體化過程中初始化。

無繼承:結構不支援繼承。 這些工具主要用於輕量級資料結構。

using System;

// Define a struct
public struct MyStruct
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;

    // Constructor
    public MyStruct(int value)
    {
        MyField = value;
    }

    // Method to display the value
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Value in MyStruct: {MyField}");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create an instance of the struct
        MyStruct myStructInstance = new MyStruct(10);

        // Access field and call method
        myStructInstance.Display();

        // Structs are value types, so myStructInstance is a copy
        MyStruct anotherInstance = myStructInstance;
        anotherInstance.MyField = 20;

        // Changes to anotherInstance do not affect myStructInstance
        myStructInstance.Display();
        anotherInstance.Display();
    }
}
using System;

// Define a struct
public struct MyStruct
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;

    // Constructor
    public MyStruct(int value)
    {
        MyField = value;
    }

    // Method to display the value
    public void Display()
    {
        Console.WriteLine($"Value in MyStruct: {MyField}");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create an instance of the struct
        MyStruct myStructInstance = new MyStruct(10);

        // Access field and call method
        myStructInstance.Display();

        // Structs are value types, so myStructInstance is a copy
        MyStruct anotherInstance = myStructInstance;
        anotherInstance.MyField = 20;

        // Changes to anotherInstance do not affect myStructInstance
        myStructInstance.Display();
        anotherInstance.Display();
    }
}
Imports System

' Define a struct
Public Structure MyStruct
	' Fields (data members)
	Public MyField As Integer

	' Constructor
	Public Sub New(ByVal value As Integer)
		MyField = value
	End Sub

	' Method to display the value
	Public Sub Display()
		Console.WriteLine($"Value in MyStruct: {MyField}")
	End Sub
End Structure

Friend Class Program
	Shared Sub Main()
		' Create an instance of the struct
		Dim myStructInstance As New MyStruct(10)

		' Access field and call method
		myStructInstance.Display()

		' Structs are value types, so myStructInstance is a copy
		Dim anotherInstance As MyStruct = myStructInstance
		anotherInstance.MyField = 20

		' Changes to anotherInstance do not affect myStructInstance
		myStructInstance.Display()
		anotherInstance.Display()
	End Sub
End Class
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C# Struct vs Class (How It Works For Developers):圖 2 - 控制台中先前程式碼的輸出

2.使用案例和指南

2.1.何時使用類別

複雜的狀態和行為:當您需要為具有狀態和行為的複雜資料結構建模時,請使用類別。 類適用於表示具有多種屬性和方法的複雜物件。

參考語意:如果您想要共用物件的實體,並讓變更反映在程式碼的不同部分,那麼類別是適當的選擇。

2.2.何時使用結構?

簡單的資料結構:結構體是較簡單的資料結構的理想選擇,這些資料結構代表輕量級的實體,例如小型資料結構,如點、矩形、鍵值對,或者如果結構體在邏輯上代表單一值,類似於原始類型。

值語義:當您偏好值語義並希望避免堆分配的開銷時,結構體是一個很好的選擇。

效能考量:在效能非常重要的場景中,尤其是對於小型、頻繁使用的物件,由於堆疊分配的關係,結構體會更有效率。

3.記憶體配置差異

3.1.類別

參考計數:類別實體的記憶體是透過垃圾收集器的參考計數來管理的。 當物件不再被引用時,就符合垃圾回收的條件。

記憶體洩漏的可能性:如果物件不再需要時沒有適當處理,不當處理引用可能會導致記憶體洩漏。

3.2.結構

無垃圾回收:由於 Structs 屬於值類型,因此不依賴垃圾回收,並以不同的方式管理。 當它們超出範圍時,就會自動刪除。

有限的記憶體開銷:相較於類別,結構體擁有較低的記憶體開銷,這使得它們在記憶體使用量是一個考量的場景中非常有效率。

4.效能考量

類別

間接存取:由於類別實體是透過參考來存取,因此會有額外的間接層級,這可能會帶來輕微的效能開銷。

堆分配:堆上記憶體的動態分配會導致較長的物件建立與銷毀時間。

結構

直接存取:結構可直接存取,不需要額外的間接層級。 這可為經常使用的小型物件帶來更好的效能。

堆疊分配:記憶體的堆疊分配提供更快的結構體實體的建立與銷毀。

5.IronPDF 簡介。

IronPDF 概觀:適用於 PDF 操作的強大 C# 函式庫專為在 .NET 應用程式中無縫產生、操作和呈現 PDF 而設計。 有了 IronPDF,開發人員可以毫不費力地建立、修改 PDF 文件,並與 PDF 文件進行互動,使其成為從 HTML 內容動態生成 PDF 到從現有文件中提取資料等各種任務的必備工具。 此多功能函式庫可簡化 PDF 相關功能,為開發 Web 應用程式、桌上型電腦軟體或任何需要有效處理 PDF 的 .NET 專案的開發人員提供一套完整的功能。

5.1.安裝 IronPdf

在深入閱讀程式碼範例之前,您需要先安裝 IronPdf。 您可以使用 NuGet Package Manager Console 或在專案中加入對 IronPDF 函式庫的參考。 以下步驟概述安裝流程:

1.NuGet套件管理員控制台:

```shell
:ProductInstall
```

2.套件管理員介面:在 NuGet 套件管理員介面中搜尋"IronPDF",並安裝最新版本。

安裝 IronPDF 之後,您就可以在 C# 應用程式中利用其功能來處理 PDF 檔案。

5.2.使用 IronPDF 中的 Struct 和 Class.

using IronPdf;
using System;

// Sample class representing a person with Name and Age properties
class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

// Sample struct representing a point in a 2D coordinate system with X and Y properties
struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Creating instances of the class and struct
        Person person = new Person { Name = "John Doe", Age = 30 };
        Point point = new Point { X = 10, Y = 20 };

        // Create a new PDF document using IronPDF
        var renderer = new ChromePdfRenderer();

        // Construct HTML content using information from class and struct
        string content = $@"
            <!DOCTYPE html>
            <html>
            <body>
                <h1>Information in IronPDF</h1>
                <p>Name: {person.Name}</p>
                <p>Age: {person.Age}</p>
                <p>Point X: {point.X}</p>
                <p>Point Y: {point.Y}</p>
            </body>
            </html>";

        // Render HTML content to PDF
        var pdf = renderer.RenderHtmlAsPdf(content);

        // Save the PDF to a file
        pdf.SaveAs("InformationDocument.pdf");
    }
}
using IronPdf;
using System;

// Sample class representing a person with Name and Age properties
class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

// Sample struct representing a point in a 2D coordinate system with X and Y properties
struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Creating instances of the class and struct
        Person person = new Person { Name = "John Doe", Age = 30 };
        Point point = new Point { X = 10, Y = 20 };

        // Create a new PDF document using IronPDF
        var renderer = new ChromePdfRenderer();

        // Construct HTML content using information from class and struct
        string content = $@"
            <!DOCTYPE html>
            <html>
            <body>
                <h1>Information in IronPDF</h1>
                <p>Name: {person.Name}</p>
                <p>Age: {person.Age}</p>
                <p>Point X: {point.X}</p>
                <p>Point Y: {point.Y}</p>
            </body>
            </html>";

        // Render HTML content to PDF
        var pdf = renderer.RenderHtmlAsPdf(content);

        // Save the PDF to a file
        pdf.SaveAs("InformationDocument.pdf");
    }
}
Imports IronPdf
Imports System

' Sample class representing a person with Name and Age properties
Friend Class Person
	Public Property Name() As String
	Public Property Age() As Integer
End Class

' Sample struct representing a point in a 2D coordinate system with X and Y properties
Friend Structure Point
	Public Property X() As Integer
	Public Property Y() As Integer
End Structure

Friend Class Program
	Shared Sub Main()
		' Creating instances of the class and struct
		Dim person As New Person With {
			.Name = "John Doe",
			.Age = 30
		}
		Dim point As New Point With {
			.X = 10,
			.Y = 20
		}

		' Create a new PDF document using IronPDF
		Dim renderer = New ChromePdfRenderer()

		' Construct HTML content using information from class and struct
		Dim content As String = $"
            <!DOCTYPE html>
            <html>
            <body>
                <h1>Information in IronPDF</h1>
                <p>Name: {person.Name}</p>
                <p>Age: {person.Age}</p>
                <p>Point X: {point.X}</p>
                <p>Point Y: {point.Y}</p>
            </body>
            </html>"

		' Render HTML content to PDF
		Dim pdf = renderer.RenderHtmlAsPdf(content)

		' Save the PDF to a file
		pdf.SaveAs("InformationDocument.pdf")
	End Sub
End Class
$vbLabelText   $csharpLabel
  • Person 是一個範例類別,代表一個具有 NameAge 屬性的人。
  • Point 是一個範例結構,代表 2D 座標系統中一個具有 XY 屬性的點。
  • 建立 Person 類別和 Point 結構的實例。
  • 然後將 HTML 內容呈現在 PDF 文件中,並將其儲存為 "InformationDocument.pdf"。

5.2.1.輸出 PDF 檔案

C# Struct vs Class (How It Works For Developers):圖 3 - 從之前的程式碼輸出的 PDF 檔案

6.結論

總而言之,在使用 C# 結構和類別之間的選擇取決於您應用程式的特定需求和特性。 類別是參考類型,適用於建模具有狀態和行為的複雜實體、支援繼承和促進共用實體。 另一方面,結構體作為值類型,是具有值語義的輕量級資料結構的理想選擇,在堆疊分配和直接存取方面具有效能優勢。

IronPDF 為使用者提供免費評估試用授權,這是了解 IronPDF 特性和功能的好機會。 要瞭解有關 IronPDF 的更多資訊,請造訪 Comprehensive IronPDF Documentation 並可在 IronPDF PDF Generation Tutorial 取得使用 IronPDF 建立 PDF 檔案的詳細教學。

常見問題解答

C# 中的 struct 和 classes 有何差異?

Struct 是儲存在堆疊上的值類型,是輕量級資料結構的理想選擇,由於可直接存取,因此具有效能優勢。類別是儲存在堆上的參考類型,支援繼承,適合複雜的資料結構。

在 C# 中如何選擇使用 struct 或 class?

對於性能要求極高的簡單常用資料結構,請選擇 struct。當處理需要繼承或共享實例的複雜資料結構時,請選擇類別。

在 C# 中使用結構體對效能有何影響?

Struct 具有效能優勢,因為它們是在堆疊上分配,因此與堆分配的類別相比,分配和取消分配的速度更快。這使得它們適用於對效能要求極高的應用程式。

C# 中的結構體和類型如何與 PDF 函式庫整合?

使用 IronPDF 之類的 PDF 函式庫,您可以為複雜資料定義類別,為簡單資料定義結構,然後在 .NET 應用程式中使用它們來有效率地建立和處理 PDF 文件。

結構體與類之間的記憶體管理有何差異?

結構會在堆疊上分配,因此記憶體管理速度較快,而類會在堆上分配,並由垃圾收集器管理,因此可能會產生開銷。

C# 結構體能夠 null 嗎?

在預設情況下,由於 structs 是值類型,因此不能為空。但是,可以使用 Nullable<> 結構使它們變成可為空,允許它們被指定為空值。

什麼是用 C# 產生 PDF 的可靠函式庫?

IronPDF 是一個強大的 PDF 生成函式庫,可讓開發人員在 .NET 應用程式中有效地建立、修改和渲染 PDF 文件。它簡化了複雜的 PDF 功能。

如何在 C# 專案中安裝 PDF 操作函式庫?

IronPDF 可透過 NuGet 套件管理員控制台使用 Install-Package IronPdf 指令安裝,或透過套件管理員使用者介面搜尋並安裝最新版本。

C# 應用程式中 structs 的建議用例是什麼?

Structs 建議用於簡單、輕量級的資料結構,這些資料結構使用頻繁且需要有效率的記憶體分配,因此非常適合對效能敏感的應用程式。

C# PDF 函式庫是否有試用版?

是的,IronPDF 提供免費試用授權,允許開發人員評估其特性和功能。更多資訊請參閱 IronPdf 文件與教學。

Jacob Mellor, Team Iron 首席技术官
首席技术官

Jacob Mellor 是 Iron Software 的首席技術官,作為 C# PDF 技術的先鋒工程師。作為 Iron Software 核心代碼的原作者,他自開始以來塑造了公司產品架構,與 CEO Cameron Rimington 一起將其轉變為一家擁有超過 50 名員工的公司,為 NASA、特斯拉 和 全世界政府機構服務。

Jacob 持有曼徹斯特大學土木工程一級榮譽学士工程學位(BEng) (1998-2001)。他於 1999 年在倫敦開設了他的第一家軟件公司,並於 2005 年製作了他的首個 .NET 組件,專注於解決 Microsoft 生態系統內的複雜問題。

他的旗艦產品 IronPDF & Iron Suite .NET 庫在全球 NuGet 被安裝超過 3000 萬次,其基礎代碼繼續為世界各地的開發工具提供動力。擁有 25 年的商業經驗和 41 年的編碼專業知識,Jacob 仍專注於推動企業級 C#、Java 及 Python PDF 技術的創新,同時指導新一代技術領袖。