Struct vs Class in C#

In C#, struct e class sono due concetti fondamentali che rappresentano tipi di dati complessi. Anche se possono sembrare simili, ci sono differenze sostanziali nel modo in cui vengono gestiti in memoria e nelle loro caratteristiche. La comprensione delle differenze tra struct e class è essenziale per prendere decisioni di progettazione efficaci e ottimizzare le prestazioni delle tue applicazioni. In questa guida, esploreremo le differenze tra struct e class in C#, i casi d’uso appropriati per ciascuno e le best practices da seguire.

Differenze Fondamentali tra Struct e Class

1. Tipo di Dato: Valore vs Riferimento

• Struct: È un tipo di valore. Quando una struct viene assegnata a una variabile o passata a una funzione, viene creata una copia completa della struct. Questo significa che i cambiamenti apportati a una copia non influenzano le altre copie.

• Class: È un tipo di riferimento. Quando una class viene assegnata a una variabile o passata a una funzione, viene copiato solo il riferimento all’oggetto, non l’oggetto stesso. Di conseguenza, i cambiamenti apportati attraverso un riferimento sono visibili a tutti i riferimenti a quell’oggetto.

Esempio di Differenza tra Struct e Class

public struct PuntoStruct
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}

public class PuntoClass
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
}

public static void Main()
{
    PuntoStruct pStruct1 = new PuntoStruct { X = 10, Y = 20 };
    PuntoStruct pStruct2 = pStruct1;
    pStruct2.X = 50;
    Console.WriteLine($"pStruct1.X = {pStruct1.X}");  // Output: 10

    PuntoClass pClass1 = new PuntoClass { X = 10, Y = 20 };
    PuntoClass pClass2 = pClass1;
    pClass2.X = 50;
    Console.WriteLine($"pClass1.X = {pClass1.X}");  // Output: 50
}

In questo esempio, modificare pStruct2.X non influisce su pStruct1.X, poiché le struct vengono copiate per valore. Al contrario, modificare pClass2.X influisce su pClass1.X, poiché le classi vengono copiate per riferimento.

2. Allocazione della Memoria

• Struct: Viene allocata nella stack quando è una variabile locale, il che rende le operazioni su di essa molto veloci e permette di evitare la pressione sul garbage collector (GC).

• Class: Viene allocata nella heap, il che comporta una maggiore pressione sul GC e un overhead maggiore per le operazioni di allocazione e deallocazione.

3. Immutabilità e Mutabilità

• Struct: Le struct sono generalmente utilizzate per rappresentare piccoli tipi di dati immutabili, come i numeri complessi o i punti nello spazio. Le struct immutabili sono preferibili, poiché la copia per valore rende difficile mantenere lo stato coerente se una struct è mutabile.

• Class: Le classi sono utilizzate per rappresentare oggetti più complessi che possono avere stato mutabile, come entità aziendali o strutture dati.

4. Ereditarietà

• Struct: Non supporta l’ereditarietà da altre struct o class. Tuttavia, può implementare interfacce.

• Class: Supporta l’ereditarietà, permettendo di derivare classi figlie da classi base, e supporta anche la polimorfismo e l’override dei metodi.

5. Gestione del Garbage Collector

• Struct: Non ha bisogno di essere gestita dal GC quando è una variabile locale, poiché viene eliminata automaticamente dalla stack quando esce dallo scope.

• Class: Deve essere gestita dal GC, il che comporta un overhead quando viene allocata e successivamente deallocata.

Quando Usare Struct

Casi d’Uso per Struct

1. Tipi di Dati Semplici e Immutabili: Per rappresentare numeri complessi, punti 2D o 3D, colori, date e altri tipi di dati che hanno un comportamento immutabile.

2. Prestazioni Critiche: Quando è necessario ridurre la pressione sul GC e migliorare le prestazioni allocando dati nella stack.

3. Applicazioni ad Alto Volume di Dati: Quando si manipolano grandi quantità di dati di tipo valore, come nei giochi o nelle applicazioni di simulazione.

Esempio di Struct per Coordinate

public struct Coordinate
{
    public double X { get; }
    public double Y { get; }

    public Coordinate(double x, double y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }

    public Coordinate Sposta(double deltaX, double deltaY)
    {
        return new Coordinate(X + deltaX, Y + deltaY);
    }
}

Quando Usare Class

Casi d’Uso per Class

1. Oggetti Complessi con Stato Mutabile: Per rappresentare entità con stato complesso e mutabile, come utenti, ordini o prodotti in un sistema aziendale.

2. Ereditarietà e Polimorfismo: Quando si desidera sfruttare l’ereditarietà per creare gerarchie di classi e utilizzare il polimorfismo per estendere il comportamento delle classi base.

3. Gestione a Lunga Durata: Per oggetti che devono essere condivisi e manipolati da diversi componenti o parti di un’applicazione.

Esempio di Class per una Persona

public class Persona
{
    public string Nome { get; set; }
    public string Cognome { get; set; }

    public Persona(string nome, string cognome)
    {
        Nome = nome;
        Cognome = cognome;
    }

    public void Saluta()
    {
        Console.WriteLine($"Ciao, mi chiamo {Nome} {Cognome}.");
    }
}

Best Practices

1. Usa Struct per Dati Immutabili e Semplici

Se hai bisogno di un tipo di dato che non cambia stato e rappresenta un’unità singola e semplice di informazione, considera l’uso di struct.

2. Usa Class per Oggetti Complessi

Per oggetti che devono gestire uno stato complesso e supportano l’ereditarietà, usa class. Le classi sono più adatte per la maggior parte delle entità di dominio.

3. Attenzione alle Performance

Se stai lavorando in un ambiente a prestazioni critiche, valuta l’uso delle struct per evitare l’overhead del garbage collector, ma fai attenzione alla dimensione delle struct: se diventano troppo grandi, potrebbero comportarsi peggio delle classi.

4. Mantieni le Struct Immutabili

Quando possibile, progetta le struct in modo che siano immutabili. Questo ti permette di evitare errori legati alla mutabilità e alle copie per valore.

5. Ereditarietà e Polimorfismo

Se hai bisogno di ereditarietà, usa class. Le struct non supportano l’ereditarietà e sono limitate nell’uso di interfacce.

Conclusione

La scelta tra struct e class in C# dipende dalle esigenze specifiche del progetto. Le struct sono ideali per rappresentare tipi di dati semplici e immutabili, mentre le classi sono più adatte per oggetti complessi con stato mutabile e necessità di ereditarietà. Comprendere le differenze fondamentali tra struct e class ti permetterà di progettare il tuo codice in modo più efficiente, migliorando le prestazioni e la manutenibilità delle tue applicazioni.