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C# 結構與類別（開發人員的運作方式）

發佈 2024年3月6日

在 C# 中，結構體和類都是組織和存儲數據的基本構件，但它們具有不同的特性，使其適合於不同的場景。了解之間的區別C# 結構體和類別在設計您的C#應用程式時，做出明智的決策至關重要。

在本文中，我們將探討結構體和類別的主要區別，討論它們的使用情境、記憶體管理以及效能影響。此外，我們將討論如何使用結構體和類別與IronPDF for C#用於建立 PDF 檔案。

結構體和類別概述

1.1. 類別（參考類型）

引用類型： 在C#中，類別是一種駐留在堆中的引用類型，這意味著當創建類別的實例時，對象的引用會存儲在記憶體中。

堆分配： 類別實例在堆記憶體分配中分配記憶體，提供大小的靈活性，並允許物件在代碼的不同部分之間共享。

預設建構子： 如果沒有明確定義，類別可以有一個預設建構子，系統會自動提供。

繼承：類別支持繼承，允許創建具有共同特徵的衍生類別。

using System;
// Define a class
public class MyClass
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;
    // Constructor
    public MyClass(int value)
    {
        MyField = value;
    }
    // Method
    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
    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
	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

VB C#

C# 結構 vs 類別（開發人員如何使用）：圖 1 - 上一段代碼在控制台中的輸出

1.2. 結構 (值類型)

值類型： 結構體（Structs）是值類型，這意味著實際數據儲存在變數所宣告的位置，而不是像基本類型那樣儲存在記憶體的其他位置。這也意味著結構體的值類型無法被賦予 null 值，除非將其使用 Nullable<> 標籤設為可空類型。

堆疊分配： 結構實例在堆疊上分配記憶體，這導致了較快的分配和釋放速度，但在大小和範圍上具有限制。

無預設建構函式： 結構體沒有預設建構函式，除非明確定義了一個。每個字段必須在實例化期間初始化。

無繼承： 結構體不支援繼承。它們主要用於輕量級數據結構。

using System;
// Define a struct
public struct MyStruct
{
    // Fields (data members)
    public int MyField;
    // Constructor
    public MyStruct(int value)
    {
        MyField = value;
    }
    // Method
    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
    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
	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

VB C#

C# 結構體與類別（開發者如何運作）：圖2 - 前面代碼在控制台的輸出

使用案例和指南

2.1. 何時使用類別

複雜的狀態和行為： 當您需要建模具有狀態和行為的複雜數據結構時，使用類別。類別適用於表示具有多個屬性和方法的複雜對象。

參考語義： 如果你想共享對象的實例並希望更改能在程式碼的不同部分中反映出來，則類別是適當的選擇。

2.2. 何時使用結構體

簡單資料結構： 結構體非常適合用於表示輕量級實體的簡單資料結構，例如點、矩形、鍵值對，或在邏輯上代表單一值的結構，類似於基元類型。

值语义： 當您偏好值語義並希望避免堆分配的開銷時，結構是個不錯的選擇。

效能考量： 在性能至關重要的情況下，尤其是針對小型且經常使用的物件，由於堆疊分配，結構體可能更加高效。

3. 記憶體分配差異

3.1. 類別

引用計數： 類實例的記憶體由垃圾回收器通過引用計數來管理。當物件不再有參考時，它們就符合垃圾回收的條件。

潛在的記憶體洩漏： 如果在不再需要時未正確處理對象的釋放，對引用的不當處理可能會導致記憶體洩漏。

3.2. 結構體

無垃圾回收： 結構體不依賴垃圾回收，因為它們是值類型，並且以不同方式管理。當它們超出作用域時會自動釋放。

有限記憶體開銷： 相較於類別，結構體具有較低的記憶體開銷，使其在記憶體使用有顧慮的情況下更加高效。

4. 性能考量

類別

間接存取： 由於類別實例是透過引用來存取的，因此增加了一個間接的層次，可能會產生輕微的效能開銷。

堆分配： 在堆上動態分配記憶體可能導致物件的創建和銷毀時間較長。

結構體

直接存取： 結構體直接被存取，消除了額外的間接層。這可以提高小型、經常使用的物件的性能。

堆疊配置： 記憶體的堆疊配置提供結構體實例更快的創建和銷毀。

5. 介紹 IronPDF

IronPDF 概述：用於 PDF 操作的強大 C# 庫旨在於 .NET 應用程式中無縫生成、操作和呈現 PDF。使用IronPDF，開發人員可以輕鬆地創建、修改和交互PDF文件，使其成為從HTML內容動態生成PDF到從現有文件中提取數據等任務的必備工具。這個多功能庫簡化了與 PDF 相關的功能，為從事網頁應用程式、桌面軟體或任何需要高效 PDF 處理的 .NET 項目的開發人員提供了一整套全面的功能。

5.1. 安裝 IronPDF

在進入程式碼範例之前，您需要安裝IronPDF。您可以使用 NuGet 套件管理器主控台完成此操作，或在您的專案中添加對 IronPDF 函式庫的引用。以下步驟概述安裝過程：

NuGet 套件管理器主控台：

    :ProductInstall

Package Manager UI： 在 NuGet Package Manager UI 中搜尋 "IronPDF" 並安裝最新版本。
安裝 IronPDF 後，您即可在 C# 應用程式中利用其 PDF 文件處理功能。

5.2. 使用結構體和類與IronPDF

using IronPdf;
using System;
// Sample class
class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}
// Sample struct
struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}
class Program
{
    static void Main()
    {
        // Sample instances of 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
        var renderer = new ChromePdfRenderer();
        // Add content with 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
class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}
// Sample struct
struct Point
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}
class Program
{
    static void Main()
    {
        // Sample instances of 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
        var renderer = new ChromePdfRenderer();
        // Add content with 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
Friend Class Person
	Public Property Name() As String
	Public Property Age() As Integer
End Class
' Sample struct
Friend Structure Point
	Public Property X() As Integer
	Public Property Y() As Integer
End Structure
Friend Class Program
	Shared Sub Main()
		' Sample instances of 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
		Dim renderer = New ChromePdfRenderer()
		' Add content with 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

VB C#

Person 是一個範例類別，代表具有 Name 和 Age 屬性的人。
Point 是一個範例結構體，代表平面坐標系中的一個點，具有 X 和 Y 屬性。
創建了 Person 類和 Point 結構的實例。
HTML內容隨後渲染成PDF文檔，並保存為 "InformationDocument.pdf"。

5.2.1. 輸出 PDF 文件

C# 結構體與類別（開發人員如何使用）：圖 3 - 從前面的代碼輸出PDF檔案

6. 結論

總之，在使用 C# 結構與類別之間的選擇取決於您的應用程式的具體需求和特性。類別作為參考型別，適合用於建模具有狀態和行為的複雜實體，支持繼承並促進共享實例。另一方面，作為值類型的結構體非常適合具有值語義的輕量級數據結構，提供在棧分配和直接訪問方面的性能優勢。

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