На этом шаге мы приведем общие сведения о структурах.
В языке C# структуры напоминают классы. По сравнению с классами возможности структур скромнее. Зато, в отличие от объектов класса, экземпляры структуры реализуются через механизм прямого доступа, что повышает эффективность обработки данных. Но обо всем по порядку. Как и класс, структура представляет собой некоторый шаблон, на основе которого создаются объекты. В случае структуры эти объекты мы будем называть экземплярами структуры. Здесь концептуально все должно быть более-менее понятно. Описывается структура, в общем-то, так же, как и класс. Разница лишь в том, что вместо ключевого слова class используется ключевое слово struct. Общий шаблон описания структуры следующий:
struct имя{ // Тело структуры }
После ключевого слова struct указывается имя структуры, а в блоке из фигурных скобок описывается тело структуры: поля, методы (в том числе и операторные), индексаторы, свойства и события.
Вместе с тем, если сравнивать с классами, на структуры накладываются существенные ограничения. Ниже перечислены наиболее важные особенности структур.
- У структур могут быть конструкторы, однако нельзя описать конструктор без аргументов. У каждой структуры есть конструктор без аргументов, используемый
по умолчанию. Он существует, даже если в структуре описаны прочие версии конструкторов. Другими словами, у структуры всегда есть конструктор без
аргументов и переопределить его нельзя. При этом мы можем описать другие версии конструктора (с аргументами).
- У структур нет деструкторов.
- К структурам неприменимо наследование: структура не может создаваться на основе класса или структуры и не может быть базовой для класса. При этом
все структуры встроены в иерархию наследования с классом Object на верхнем уровне (то есть переменная класса Object может ссылаться на
экземпляр структуры).
- При описании членов структуры используют спецификаторы уровня доступа. Если спецификатор доступа не указан, соответствующий член является закрытым
и доступен только в пределах кода структуры. Спецификатор уровня доступа protected не используется (в нем просто нет смысла, поскольку наследование не поддерживается).
- При объявлении полей в классе полям можно присваивать значения (такое значение будет у поля при создании объекта). Для поля структуры (при объявлении поля)
значение можно указать, только если поле статическое (использовано ключевое слово static) или является константой (использовано ключевое слово const).
- Как и классы, структуры могут реализовать интерфейсы.
- При присваивании экземпляров структуры (одной переменной структуры присваивается другая переменная структуры) выполняется побитовое копирование: значение каждого поля присваиваемого экземпляра копируется в соответствующее поле экземпляра, которому присваивается значение. Этот механизм копирования обусловлен тем, что структуры относятся к типам с прямым доступом к значению.
Учитывая, что ограничения существенные, возникает естественный вопрос: а зачем вообще нужны структуры? В чем их преимущество? Ответ состоит в том, что структуры - это не ссылочный тип (как классы), а тип с прямым доступом к значению. Это дает преимущество в плане повышения быстродействия программы.
Здесь уместно напомнить, как мы реализуем объекты классов. Для этого нам нужен собственно объект и еще нам нужна объектная переменная, которая на объект ссылается. Доступ к объекту мы получаем через объектную переменную, которая играет роль "посредника". Это ссылочный тип. А вот целочисленная переменная хранит не ссылку на целое число, а само это целое число. Это тип с прямым доступом к значению. Таким же типом является структура. Если мы создаем экземпляр (объект) структуры, то этот экземпляр реализуется как значение некоторой переменной, без каких бы то ни было посредников. Преимущество данного подхода в том, что операции с экземпляром выполняются быстрее, чем в случае, если бы это был аналогичный объект класса, доступ к которому необходимо получать через объектную переменную. Плата за сэкономленное время - ограничение в функциональных возможностях экземпляров структуры по сравнению с объектами классов.
Механизм, использованный в языке C# для реализации экземпляров структуры, в языке C++ используется для реализации объектов класса. Также
стоит отметить, что целочисленные значения в языке C# на самом деле реализуются как экземпляры структуры.
Экземпляр структуры создается так же, как объявляется переменная базового типа - указывается название структуры и имя переменной:
Структура переменная;
При создании экземпляра в этом случае поля структуры остаются неинициализированными, и поэтому перед использованием экземпляра структуры полям придется сначала присвоить значения. Если при создании экземпляра структуры мы хотим использовать конструктор с аргументами, то синтаксис создания экземпляра структуры будет такой же, как и синтаксис команды создания объекта класса, только вместо имени класса указывается имя структуры:
Структура переменная = new Структура(аргументы);
Как и в случае с созданием объектов класса, используется инструкция new. В результате создается экземпляр структуры, который является значением переменной, указанной слева от оператора присваивания. Подобного типа команду (с инструкцией new) можно использовать и для создания экземпляра структуры с использованием конструктора без аргументов (конструктор по умолчанию):
Структура переменная = new Структура();
В этом случае аргументы конструктору не передаются. Эффект от выполнения такого рода команды практически такой же, как и при создании экземпляра структуры командой вида Структура переменная. Разница в том, что при вызове конструктора по умолчанию выполняется инициализация полей. Поля инициализируются значениями по умолчанию (для числовых полей это нулевое значение, а для ссылочных типов это пустая ссылка null).
Если в структуре описывается конструктор, то в теле конструктора полям структуры должны быть присвоены значения.
После того как экземпляр структуры создан, мы можем обращаться к открытым полям и методам этого экземпляра точно так же, как мы это делали с полями и методами объектов. Для этого достаточно указать имя экземпляра структуры и через точку имя поля или имя метода с аргументами в круглых скобках (или пустыми круглыми скобками, если методу не передаются аргументы).
Кроме полей и методов, в структуре могут быть описаны свойства, индексаторы и события. Правила их описания и использования такие же, как при работе с объектами и классами.
Методы (и индексаторы) для структур могут перегружаться так же, как это делается для классов. Кроме этого, структура может содержать статические члены.
Для обращения к статическим членам вместо имени объекта используют имя структуры.
На следующем шаге мы закончим изучение этого вопроса.
