Dev Blog

Структури ​

Структури ​

Структура (structure) оголошується ключовим словом struct і, як клас, може містити поля, властивості, методи та конструктори. Головна відмінність: структура є типом-значенням (тема 2). Змінна структури зберігає саме значення, а не посилання, тому присвоєння, передавання в метод і повернення з методу копіюють усі поля (рис. 11.1).

cs
struct Point
{
    public int X;
    public int Y;

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

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

Рис. 11.1. Копіювання структури та класу

Якщо Point оголошено як struct, після var b = a; b.X = 5; змінна a не змінюється: b – окрема копія. Якщо Point – клас, обидві змінні посилаються на один об’єкт у купі, і зміна через b видна через a.

Особливості структур:

  • структура не може наслідувати інший клас чи структуру (неявно наслідує System.ValueType), і від неї не можна наслідуватися, але вона може реалізовувати інтерфейси;
  • значення за замовчуванням default(Point) та елементи нового масиву new Point[10] мають усі поля з нульовими значеннями; конструктори при цьому не викликаються;
  • з C# 10 структура може мати власний конструктор без параметрів та ініціалізатори полів, але default їх однаково ігнорує;
  • змінна структури не може мати значення null; для відсутнього значення використовують Point? (Nullable<Point>, тема 2).

Коли обирати структуру ​

Бібліотека .NET містить багато структур: int, double, decimal, bool, char, DateTime, TimeSpan, Guid. Настанови проєктування .NET рекомендують структуру, якщо тип логічно представляє одне значення (як число чи дата), має невеликий розмір (орієнтовно до 16 байтів), є незмінним і не потребує частого упакування. В інших випадках обирають клас. Великі структури погіршують швидкодію, бо копіюються повністю під час кожного присвоєння.

readonly struct і пастка зміни копії ​

Структуру з модифікатором readonly компілятор перевіряє на незмінність: усі поля мають бути readonly, а властивості – без set (або з init). Окремий метод чи властивість звичайної структури теж можна позначити readonly, якщо вони не змінюють стан.

Змінні структури небезпечні через копіювання. Властивість або метод, що повертає структуру, повертає копію, тому її зміна не мала б сенсу, і компілятор її забороняє:

cs
Label label = new();
label.Position.X = 5;               // CS1612
label.Position = new Point(5, 0);   // правильно: нове значення

Point[] points = new Point[3];
points[0].X = 5;                    // масив: змінюється сам елемент

class Label
{
    public Point Position { get; set; }
}

Помилка CS1612 повідомляє, що не можна змінити значення, яке повертає Label.Position, бо воно не є змінною. Незмінні структури (readonly struct) таких проблем не мають: для зміни створюють нове значення.

Упакування структур ​

Присвоєння структури змінній типу object або інтерфейсу виконує упакування (рис. 11.2): у купі створюється копія значення. Методи, викликані через інтерфейс, змінюють упаковану копію, а не вихідну змінну:

cs
Counter c = new();
IIncrementable boxed = c;   // упакування: копія в купі
boxed.Increment();
Console.WriteLine(c.Value); // 0 – змінилася лише копія

interface IIncrementable { void Increment(); }

struct Counter : IIncrementable
{
    public int Value;
    public void Increment() => Value++;
}

Рис. 11.2. Упакування та розпакування значення