为什么我不能在 .NET 中为结构定义默认构造函数？

Question

在 .NET 中，值类型 (C# struct) 不能有没有参数的构造函数。根据this post，这是 CLI 规范强制要求的。会发生什么情况是，对于每个值类型，都会创建一个默认构造函数（由编译器？），它将所有成员初始化为零（或 null）。

为什么不允许定义这样的默认构造函数？

一个微不足道的用途是有理数：

public struct Rational {
    private long numerator;
    private long denominator;

    public Rational(long num, long denom)
    { /* Todo: Find GCD etc. */ }

    public Rational(long num)
    {
        numerator = num;
        denominator = 1;
    }

    public Rational() // This is not allowed
    {
        numerator = 0;
        denominator = 1;
    }
}

使用当前版本的 C#，默认的 Rational 是 0/0，这不是很酷。

PS：对于 C# 4.0，默认参数会帮助解决这个问题，还是会调用 CLR 定义的默认构造函数？

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Jon Skeet 回答：

以您的示例为例，当有人这样做时，您希望发生什么：

 Rational[] fractions = new Rational[1000];

它应该通过你的构造函数运行 1000 次吗？

当然应该，这就是我首先编写默认构造函数的原因。当未定义显式默认构造函数时，CLR 应使用 默认归零 构造函数；这样你只需为你使用的东西付费。然后，如果我想要一个包含 1000 个非默认 Rationals 的容器（并且想要优化掉 1000 个结构），我将使用 List<Rational> 而不是数组。

在我看来，这个原因不足以阻止定义默认构造函数。

Answer 1

注意：下面的答案是在 C# 6 之前很久写的，它计划引入在结构中声明无参数构造函数的能力 - 但它们仍然不会被调用在所有情况下（例如创建数组）（最后这个功能was not added to C# 6）。

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编辑：由于 Grauenwolf 对 CLR 的深入了解，我编辑了下面的答案。

CLR 允许值类型具有无参数构造函数，但 C# 不允许。我相信这是因为它会引入一个期望，即构造函数会在它不会被调用时被调用。例如，考虑一下：

MyStruct[] foo = new MyStruct[1000];

CLR 只需分配适当的内存并将其全部归零即可非常有效地执行此操作。如果它必须运行 MyStruct 构造函数 1000 次，那么效率会低很多。 （事实上​​，它不会——如果你确实有一个无参数的构造函数，那么当你创建一个数组或者你有一个未初始化的实例变量时，它就不会运行。）

C# 中的基本规则是“任何类型的默认值都不能依赖于任何初始化”。现在他们可以允许定义无参数的构造函数，但不需要在所有情况下都执行该构造函数——但这会导致更多的混乱。 （或者至少，所以我相信这个论点。）

编辑：以您的示例为例，当有人这样做时，您希望发生什么：

Rational[] fractions = new Rational[1000];

它应该通过你的构造函数运行 1000 次吗？

• 如果不是，我们最终会得到 1000 个无效的有理数
• 如果是这样，那么如果我们要用实际值填充数组，我们可能会浪费大量工作。

编辑：（回答更多问题）无参数构造函数不是由编译器创建的。就 CLR 而言，值类型不必具有构造函数——尽管事实证明，如果你用 IL 编写它可以。当您在 C# 中编写“new Guid()”时，它会发出与调用普通构造函数不同的 IL。有关这方面的更多信息，请参阅this SO question。

我怀疑框架中没有任何带有无参数构造函数的值类型。毫无疑问，如果我问得足够好，NDepend 可以告诉我... C# 禁止它的事实足以让我认为这可能是一个坏主意。

Answer 2

结构体是一个值类型，一个值类型一被声明就必须有一个默认值。

MyClass m;
MyStruct m2;

如果你在上面声明两个字段而不实例化，然后中断调试器，m 将为空，但m2 不会。鉴于此，无参数构造函数将毫无意义，事实上，结构上的所有构造函数所做的都是赋值，事物本身已经存在，只是通过声明它。实际上，m2 可以很高兴地用于上面的示例，并且可以调用它的方法（如果有的话），并操纵它的字段和属性！

Answer 3

你可以创建一个静态属性来初始化并返回一个默认的“有理数”：

public static Rational One => new Rational(0, 1); 

并像这样使用它：

var rat = Rational.One;

Answer 4

简短的解释：

在 C++ 中，结构和类只是一枚硬币的两个方面。唯一真正的区别是默认情况下一个是公开的，另一个是私有的。

在.NET 中，结构和类之间的区别要大得多。最主要的是 struct 提供值类型语义，而 class 提供引用类型语义。当您开始考虑此更改的含义时，其他更改也开始变得更有意义，包括您描述的构造函数行为。

Answer 5

我还没有看到相当于我要给出的后期解决方案，所以就在这里。

使用偏移量将值从默认 0 移动到您喜欢的任何值。这里必须使用属性而不是直接访问字段。 （也许使用可能的 c#7 功能，您可以更好地定义属性范围字段，这样它们就不会在代码中被直接访问。）

此解决方案适用于只有值类型（无 ref 类型或可为空的结构）的简单结构。

public struct Tempo
{
    const double DefaultBpm = 120;
    private double _bpm; // this field must not be modified other than with its property.

    public double BeatsPerMinute
    {
        get => _bpm + DefaultBpm;
        set => _bpm = value - DefaultBpm;
    }
}

这是不同的than 这个答案，这种方法不是特殊的大小写，而是它使用适用于所有范围的偏移量。

以枚举作为字段的示例。

public struct Difficaulty
{
    Easy,
    Medium,
    Hard
}

public struct Level
{
    const Difficaulty DefaultLevel = Difficaulty.Medium;
    private Difficaulty _level; // this field must not be modified other than with its property.

    public Difficaulty Difficaulty
    {
        get => _level + DefaultLevel;
        set => _level = value - DefaultLevel;
    }
}

正如我所说，这个技巧可能不适用于所有情况，即使结构只有值字段，只有你知道它是否适用于你的情况。只是检查。但你明白了。

Answer 6

只是特殊情况。如果您看到分子为 0，分母为 0，请假装它具有您真正想要的值。

Answer 7

我使用的是null-coalescing operator (??) 与这样的支持字段相结合：

public struct SomeStruct {
  private SomeRefType m_MyRefVariableBackingField;

  public SomeRefType MyRefVariable {
    get { return m_MyRefVariableBackingField ?? (m_MyRefVariableBackingField = new SomeRefType()); }
  }
}

希望这会有所帮助；）

注意：null coalescing assignment 目前是 C# 8.0 的功能提议。

Answer 8

您无法定义默认构造函数，因为您使用的是 C#。

结构可以在 .NET 中具有默认构造函数，但我不知道有任何特定的语言支持它。

Answer 9

从 C# 10.0 开始，您可以：

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/struct#parameterless-constructors-and-field-initializers

Answer 10

我找到了简单的解决方案：

struct Data
    {
        public int Point { get; set; }
        public HazardMap Map { get; set; }
        public Data Initialize()
        {
            Point = 1; //set anything you want as default
            Map = new HazardMap();
            return this;
        }
    }

在代码中只做：

Data input = new Data().Initialize();

Answer 11

这是我对无默认构造函数困境的解决方案。我知道这是一个较晚的解决方案，但我认为值得注意的是这是一个解决方案。

public struct Point2D {
    public static Point2D NULL = new Point2D(-1,-1);
    private int[] Data;

    public int X {
        get {
            return this.Data[ 0 ];
        }
        set {
            try {
                this.Data[ 0 ] = value;
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new int[ 2 ];
            } finally {
                this.Data[ 0 ] = value;
            }
        }
    }

    public int Z {
        get {
            return this.Data[ 1 ];
        }
        set {
            try {
                this.Data[ 1 ] = value;
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new int[ 2 ];
            } finally {
                this.Data[ 1 ] = value;
            }
        }
    }

    public Point2D( int x , int z ) {
        this.Data = new int[ 2 ] { x , z };
    }

    public static Point2D operator +( Point2D A , Point2D B ) {
        return new Point2D( A.X + B.X , A.Z + B.Z );
    }

    public static Point2D operator -( Point2D A , Point2D B ) {
        return new Point2D( A.X - B.X , A.Z - B.Z );
    }

    public static Point2D operator *( Point2D A , int B ) {
        return new Point2D( B * A.X , B * A.Z );
    }

    public static Point2D operator *( int A , Point2D B ) {
        return new Point2D( A * B.Z , A * B.Z );
    }

    public override string ToString() {
        return string.Format( "({0},{1})" , this.X , this.Z );
    }
}

忽略我有一个名为 null 的静态结构，（注意：这仅适用于所有正象限），使用 get;set;在 C# 中，您可以使用 try/catch/finally 来处理默认构造函数 Point2D() 未初始化特定数据类型的错误。我想这对于某些人来说是难以捉摸的解决方案。这主要是为什么我要添加我的。在 C# 中使用 getter 和 setter 功能将允许您绕过这个默认的构造函数，并尝试捕获您未初始化的内容。对我来说这很好用，对于其他人你可能想要添加一些 if 语句。因此，如果您需要分子/分母设置，此代码可能会有所帮助。我想重申一下，这个解决方案看起来不太好，从效率的角度来看可能效果更差，但是，对于来自旧版本 C# 的人来说，使用数组数据类型可以为您提供此功能。如果你只是想要一些有用的东西，试试这个：

public struct Rational {
    private long[] Data;

    public long Numerator {
        get {
            try {
                return this.Data[ 0 ];
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new long[ 2 ] { 0 , 1 };
                return this.Data[ 0 ];
            }
        }
        set {
            try {
                this.Data[ 0 ] = value;
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new long[ 2 ] { 0 , 1 };
                this.Data[ 0 ] = value;
            }
        }
    }

    public long Denominator {
        get {
            try {
                return this.Data[ 1 ];
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new long[ 2 ] { 0 , 1 };
                return this.Data[ 1 ];
            }
        }
        set {
            try {
                this.Data[ 1 ] = value;
            } catch( Exception ) {
                this.Data = new long[ 2 ] { 0 , 1 };
                this.Data[ 1 ] = value;
            }
        }
    }

    public Rational( long num , long denom ) {
        this.Data = new long[ 2 ] { num , denom };
        /* Todo: Find GCD etc. */
    }

    public Rational( long num ) {
        this.Data = new long[ 2 ] { num , 1 };
        this.Numerator = num;
        this.Denominator = 1;
    }
}

Answer 12

public struct Rational 
{
    private long numerator;
    private long denominator;

    public Rational(long num = 0, long denom = 1)   // This is allowed!!!
    {
        numerator   = num;
        denominator = denom;
    }
}