[你必須知道的 .NET] 第四回：Class 與 Struct 的記憶體模型、語法差異與選型指南

核心差異：參考型別 vs 實值型別

語法相似但語意迥異

// 介面實作：Struct 可實作介面，達到多型效果
interface IPerson { void GetSex(); }
struct Family : IPerson {
    public string Name; public int Age; public bool Sex; public string Country;
    public Person PersonRef; // 參考型別欄位
    public Family(string n, int a, bool s, string c, Person p) {
        Name=n; Age=a; Sex=s; Country=c; PersonRef=p;
    }
    public void GetSex() => Console.WriteLine($"{PersonRef.Name} is {(Sex?"boy":"girl")}");
    public override string ToString() => $"{PersonRef.Name} {Age} {(Sex?"Boy":"Girl")} {Country}";
}

效能考量：何時選 Struct？

• 小型、不可變、邏輯單純：Point、DateTime、Guid、decimal
• 大量陣列：Point[] 連續記憶體、無 GC 壓力、Cache 友善
• 高頻建立/銷毀：避免 Gen 0 GC 壓力
• Interop / P/Invoke：對應 C 結構體、Win32 API 參數

避坑指南

1. 裝箱/拆箱：Struct 當作 object/介面使用會裝箱，頻繁發生效能災難
2. 可變 Struct 邪教：struct Mutable { public int X; } 配合屬性回傳副本導致修改失效，Struct 應為不可變
3. 遞迴結構：Struct 不能包含自身型別欄位（無限大小），需用 Class
4. 預設值陷阱：new MyStruct() 與 default(MyStruct) 相同，所有欄位為 0/null，不可依賴建構函式初始化邏輯
5. 介面呼叫裝箱：IPerson p = family; 發生裝箱，改用泛型約束 where T : IPerson 避免

.NET Framework 實例

• System.Drawing.Point、Size、Rectangle：Struct，繪圖高頻運算
• System.Guid：Struct，16 bytes，值語意
• System.DateTime、DateTimeOffset、TimeSpan：Struct
• System.Decimal：Struct，16 bytes，高精度數值
• System.Nullable<T>：Struct 包裝實值型別可為 null

選型決策樹

是否需要繼承/多型/可為 null/參考語意？ → Class
否 → 是否小型 (<=16 bytes)、不可變、大量陣列、Interop？ → Struct
否 → Class (預設選擇，風險最小)

結語

Class 是面向物件的主力，Struct 是效能優化的利器。理解記憶體模型差異、避開可變 Struct 與裝箱陷阱，才能在正確場合發揮 Struct 的極致效能。下一回將探討「引用型別與實值型別的深度比較」。