Record、Class 和 Struct 的选择指南

在 C# 开发中，正确选择数据类型对于代码的性能、可维护性和安全性至关重要。本文将详细解析何时使用 record、class 和 struct，并提供实用的选择指南。

问题背景

在开发过程中，我们经常面临数据类型的选择问题：

• 是否应该为控制器和服务层之间的所有 DTO 类使用 Record？
• 是否应该为所有请求绑定使用 Record，以实现 API 请求的不可变性？
• SearchParameters 这样的参数类型是否应该定义为 Record？

核心概念对比

Class（类）

• 引用类型，存储在堆上
• 适用于定义对象的职责和行为
• 支持继承、多态和接口实现
• 允许非公共的无参构造函数

Struct（结构体）

• 值类型，通常存储在栈上
• 适用于小型数据结构（实例大小小于 16 字节）
• 逻辑上表示单个值，类似于基本类型
• 应该是不可变的
• 不支持继承

Record（记录）

• 默认不可变的引用类型
• 提供基于值的相等性比较
• 简洁的语法创建不可变类型
• 支持非破坏性变化的 with 表达式
• 内置格式化显示支持

选择指南

何时使用 Struct？

Struct 适用条件

您的数据类型应满足以下所有条件：

1. 逻辑上表示单个值，类似于基本类型（int、double 等）
2. 实例大小小于 16 字节
3. 是不可变的
4. 不需要频繁装箱

如果满足以上条件，选择 struct。

何时使用 Record？

Record 适用场景

• 数据类型封装了复杂的值
• 值是默认不可变的
• 用于单向数据流（如 DTO、请求绑定）
• 需要基于值的相等性比较
• 需要非破坏性变化功能

对于问题中的示例：

public async Task<IActionResult> Search(SearchParameters searchParams)
{
    await _service.SearchAsync(searchParams);
}

SearchParameters 是 理想的 record 使用场景，因为它：

• 作为 API 请求参数应该是不可变的
• 通常包含多个属性构成一个逻辑数据单元
• 需要从客户端传递到服务端

何时使用 Class？

Class 适用场景

• 需要定义对象的行为和职责
• 需要继承或多态特性
• 数据类型是可变的
• 需要精细控制封装性

Record 的进阶特性

可变性控制

虽然 record 默认是不可变的，但您可以使其部分可变：

record Foo(string Bar)
{
    internal double MutableProperty { get; set; } = 10.0;
}

复制行为解析

record 的复制行为需要注意：

var original = new SomeRecord(new List<string>());
var copy = original with { };

original.List.Add("test");
// copy.List 也会包含 "test"，因为引用类型成员是浅拷贝

复制注意事项

• with 表达式创建的是新引用
• 值类型成员被复制，引用类型成员指向同一引用
• 只有全部是值类型属性的记录才能实现真正的深拷贝

性能考量

在性能关键场景中（如游戏、VR/AR、云服务），需要考虑不同类型的内存分配和性能特征：

• struct：栈分配，性能最佳但受大小限制
• record：堆分配，有 GC 开销但功能丰富
• class：堆分配，最灵活但性能开销最大

性能测试结果对比

基准测试显示，在大量创建和修改场景中：

• class：98.91 μs
• record：120.19 μs

虽然 record 有性能开销，但在大多数应用场景中影响不大。

实践建议

DTO 和请求绑定

✅ 推荐使用 record：

• API 请求/响应模型
• 服务间数据传输对象
• 任何需要不可变性的数据载体

领域模型

✅ 推荐使用 class：

• 需要丰富行为和业务逻辑的领域实体
• 需要精细封装和验证的复杂对象

值对象

✅ 根据具体情况选择：

• 简单值对象：考虑 readonly struct（C# 9+）
• 复杂值对象：考虑 record 或自定义值对象实现

总结

选择数据类型的关键问题：

1. 能否是值类型？ → 是：struct
2. 是否需要值语义和不可变性？ → 是：record
3. 是否需要丰富的行为和继承？ → 是：class

对于大多数数据传输和不可变数据场景，record 提供了最佳的语法简洁性和安全性平衡。对于问题中的 SearchParameters，使用 record 是最合适的选择。

::: success 最终建议

• DTO 和请求绑定：使用 record
• 简单数值数据：使用 struct
• 复杂业务对象：使用 class
• 性能关键场景：考虑 readonly struct 或 record struct :::

通过合理选择数据类型，您可以编写出更安全、更清晰且更高效的 C# 代码。