Lesson 09: C# 10 — 记录结构体 Record Structs

C# 9 说"record 只能是 class"——C# 10 说"struct 也可以"

一、C# 9 留下的缺口

// 想做一个轻量 Point？
public record Point(double X, double Y);
// → record class：堆分配，每次 new 都 GC 跟踪

// 想用 struct 的性能？只能手写：
public struct Point : IEquatable<Point>
{
    public double X { get; }
    public double Y { get; }
    public Point(double x, double y) { X=x; Y=y; }
    public bool Equals(Point o) => X==o.X && Y==o.Y;
    public override bool Equals(object o) => o is Point p && Equals(p);
    public override int GetHashCode() => HashCode.Combine(X,Y);
    public override string ToString() => $"Point {{ X = {X}, Y = {Y} }}";
    public void Deconstruct(out double x, out double y) { x=X; y=Y; }
    public static bool operator ==(Point a, Point b) => a.Equals(b);
    // ... 还要 != operator、Clone 方法 ...
}

public readonly record struct Point(double X, double Y);

var p1 = new Point(3, 4);
var p2 = new Point(3, 4);
Console.WriteLine(p1 == p2);  // True——值相等
// 栈上分配，无 GC 压力，自动生成全部方法

二、record class vs record struct

三、readonly record struct vs record struct

// ① readonly record struct —— 完全不可变（推荐默认）
public readonly record struct Point(double X, double Y);
// 所有属性自动 { get; init; }，编译器强制不可变

var p = new Point(1, 2);
// p.X = 3;  // ❌ 编译错误——readonly

// ② record struct（不加 readonly）——可变值类型 record
public record struct Counter(int Value);
// 属性 { get; set; }，可修改

var c = new Counter(0);
c.Value++;  // ✅ 可以——不是 readonly

四、为什么 record struct 不默认 readonly？

你会发现一个不对称：record class 默认不可变，record struct 默认可变。这是刻意设计，三个根因：

根因 1：值类型天然隔离，引用类型天然共享

// struct：赋值 = 拷贝，修改副本不影响原值
var p1 = new Point(1, 2);
var p2 = p1;       // 完整拷贝——两个独立对象
p2.X = 5;           // p1.X 还是 1——安全 ✅

// class：赋值 = 拷贝引用，修改影响所有持有者
var r1 = new Person("Alice", 30);
var r2 = r1;       // 拷贝引用——指向同一个对象
r2.Name = "Bob";    // r1.Name 也变成 "Bob"——危险 ❌

"拷贝即隔离"意味着可变 struct 的破坏力远小于可变 class。对 class，不可变是安全必需品；对 struct，不可变是锦上添花。

根因 2：struct 的 readonly 有历史传承

根因 3：高性能场景有时需要可变 struct

// 热循环中的累加器——可变 struct 是刻意为之
public record struct Stats(int Count, double Sum);

var stats = new Stats(0, 0);
foreach (var item in items)
{
    stats.Count++;   // 原位修改——如果 readonly 就要每次 new 一个新对象
    stats.Sum += item.Value;
}

五、with 表达式——浅拷贝的真相

with 做的是浅拷贝。但 struct 有个关键特性：如果只含值类型字段，效果上就是深拷贝：

// 场景 1：纯值类型字段 → 效果 = 深拷贝 ✅
public readonly record struct Point(double X, double Y);
var p1 = new Point(3, 4);
var p2 = p1 with { X = 5 };  // 逐字段拷贝——p1 和 p2 完全独立

// 场景 2：含引用类型字段 → 浅拷贝陷阱 ⚠
public readonly record struct Person(string Name, List<string> Tags);
var p1 = new Person("Alice", new List<string> { "admin" });
var p2 = p1 with { Name = "Bob" };
p2.Tags.Add("staff");
Console.WriteLine(p1.Tags.Count);  // 2——p1.Tags 和 p2.Tags 指向同一个 List！

六、编译器生成了什么？

// 你写：
public readonly record struct Point(double X, double Y);

// 编译器生成（简化）：
//   - init-only 属性 X, Y（因为 readonly）
//   - 主构造函数，赋值给属性
//   - Equals(Point other) —— 逐字段比较，不经反射
//   - Equals(object) 装箱重载
//   - == 和 != 运算符
//   - GetHashCode() —— HashCode.Combine 模式
//   - ToString() —— "Point { X = 3, Y = 4 }"
//   - Deconstruct(out double X, out double Y)
//   - 没有 <Clone>$ —— struct 直接拷贝
//   - 没有 EqualityContract —— struct 不支持继承

七、什么时候用 record struct？

// ✅ 完美场景
public readonly record struct GeoPoint(double Lat, double Lng);
public readonly record struct Color(byte R, byte G, byte B);

// ✅ 高频创建——无 GC 压力
var points = Enumerable.Range(0, 10000)
    .Select(i => new Point(i, i * 2))  // 零堆分配
    .ToList();

// ❌ 不适合：需要继承（record class）、大对象频繁拷贝（struct 全量拷贝反而慢）

八、小测验

九、下一步

• 动手：找一个手写了 Equals/GetHashCode 的 struct，改用 readonly record struct——看省了多少行。
• SharpLab：对比 record class 和 readonly record struct 的 IL 差异——确认没有 <Clone>$ 和 EqualityContract。
• 下一课：Lesson 10 — C# 10 小特性集（File-scoped Namespaces、Global Usings、Constant Interpolated Strings）。