在C#中設(shè)計(jì)不可變對象和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心是確保對象創(chuàng)建後狀態(tài)不可修改，從而提升線程安全性和減少狀態(tài)變化導(dǎo)致的bug。 1. 使用readonly字段並配合構(gòu)造函數(shù)初始化，確保字段僅在構(gòu)造時(shí)賦值，如Person類所示；2. 對集合類型進(jìn)行封裝，使用ReadOnlyCollection或ImmutableList等不可變集合接口，防止外部修改內(nèi)部集合；3. 使用record簡化不可變模型定義，默認(rèn)生成只讀屬性和構(gòu)造函數(shù)，適合數(shù)據(jù)建模；4. 創(chuàng)建不可變集合操作時(shí)推薦使用System.Collections.Immutable中的類型，如ImmutableList，每次修改返回新實(shí)例，保證原數(shù)據(jù)不變，並優(yōu)化內(nèi)存復(fù)用。以上方法共同保障了對像在整個(gè)生命週期中的不可變性。

在C# 中設(shè)計(jì)不可變對象和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，核心在於確保對像一旦創(chuàng)建，其狀態(tài)就不能被修改。這不僅有助於編寫線程安全的代碼，還能減少因狀態(tài)變化帶來的潛在bug。實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在於使用只讀字段、構(gòu)造函數(shù)初始化以及避免暴露可變狀態(tài)。

1. 使用readonly字段和構(gòu)造函數(shù)初始化

C# 中最基礎(chǔ)的不可變對像是通過readonly字段配合構(gòu)造函數(shù)完成初始化來實(shí)現(xiàn)的。 readonly確保字段只能在構(gòu)造函數(shù)中賦值一次，之後不能更改。

 public class Person
{
    public string FirstName { get; }
    public string LastName { get; }

    public Person(string firstName, string lastName)
    {
        FirstName = firstName;
        LastName = lastName;
    }
}

• 這種方式適合小對像或值對象（如DTO）。
• 所有屬性都為只讀，外部無法修改。
• 構(gòu)造函數(shù)負(fù)責(zé)所有初始化，清晰明確。

這種方式簡單有效，但當(dāng)對象結(jié)構(gòu)複雜時(shí)，可能會(huì)遇到一些限制，比如嵌套對像是否也保持不可變。

2. 對集合類型進(jìn)行封裝以保持不可變性

如果你的對象包含集合類成員，直接返回List<T>或Dictionary<TKey, TValue>可能會(huì)破壞不可變性，因?yàn)檎{(diào)用者可以修改集合內(nèi)容。

正確的做法是使用ReadOnlyCollection<T>或ImmutableList<T> ：

 public class Order
{
    private readonly List<string> _items;

    public IReadOnlyCollection<string> Items => _items.AsReadOnly();

    public Order(IEnumerable<string> items)
    {
        _items = new List<string>(items);
    }
}

或者使用System.Collections.Immutable提供的類型：

 using System.Collections.Immutable;

public class Order
{
    public IImmutableList<string> Items { get; }

    public Order(IImmutableList<string> items)
    {
        Items = items ?? ImmutableList<string>.Empty;
    }
}

• 推薦使用IImmutableList<T>等接口來傳遞不變集合。
• 避免將內(nèi)部集合直接暴露給外部修改。
• 初始化時(shí)深拷貝原始數(shù)據(jù)，防止外部引用後續(xù)變更影響內(nèi)部狀態(tài)。

3. 使用記錄（record）簡化不可變模型

從C# 9 開始， record是定義不可變類型的理想選擇。它默認(rèn)生成只讀屬性，並自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相等邏輯和不可變語義。

 public record Person(string FirstName, string LastName);

• 編譯器自動(dòng)生成構(gòu)造函數(shù)、只讀屬性和With表達(dá)式。
• 支持模式匹配和值語義，非常適合用於數(shù)據(jù)建模。
• 如果需要擴(kuò)展方法或額外邏輯，可以在record 中添加。

需要注意的是，雖然record 的實(shí)例默認(rèn)是不可變的，但如果字段本身是可變對象（如普通類），那整個(gè)結(jié)構(gòu)可能還是“淺不可變”。因此要確保嵌套對像也是不可變的。

4. 創(chuàng)建不可變集合的操作建議

當(dāng)你需要頻繁操作集合（如添加、刪除元素），又想保持不可變性時(shí)，推薦使用System.Collections.Immutable提供的類型，例如：

 using System.Collections.Immutable;

var list = ImmutableList<int>.Empty;
list = list.Add(1).Add(2); // 返回新實(shí)例

• 每次操作都會(huì)返回新的不可變實(shí)例，而不是修改原對象。
• 內(nèi)部優(yōu)化了內(nèi)存復(fù)用，性能優(yōu)於每次都新建列表。
• 常見類型包括ImmutableList<t></t> 、 ImmutableDictionary<tkey tvalue></tkey>和ImmutableHashSet<t></t> 。

使用這些類型時(shí)要注意：

• 不要混用可變集合與不可變集合，容易導(dǎo)致誤操作。
• 在API 接口中盡量使用IImmutableList<t></t>而不是具體實(shí)現(xiàn)類，便於替換和測試。
• 初始化時(shí)可以通過.ToImmutableList()快速轉(zhuǎn)換已有集合。

基本上就這些。不可變對象的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在於控制狀態(tài)變更點(diǎn)，合理使用語言特性與庫支持。雖然寫起來比普通類稍微多點(diǎn)步驟，但在並發(fā)和數(shù)據(jù)一致性方面帶來的好處非常值得。

以上是在C＃中設(shè)計(jì)不變的對象和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！