在C#中設計不可變對象和數(shù)據(jù)結構的核心是確保對象創(chuàng)建后狀態(tài)不可修改，從而提升線程安全性和減少狀態(tài)變化導致的bug。1. 使用readonly字段并配合構造函數(shù)初始化，確保字段僅在構造時賦值，如Person類所示；2. 對集合類型進行封裝，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，默認生成只讀屬性和構造函數(shù)，適合數(shù)據(jù)建模；4. 創(chuàng)建不可變集合操作時推薦使用System.Collections.Immutable中的類型，如ImmutableList，每次修改返回新實例，保證原數(shù)據(jù)不變，并優(yōu)化內(nèi)存復用。以上方法共同保障了對象在整個生命周期中的不可變性。

在 C# 中設計不可變對象和數(shù)據(jù)結構，核心在于確保對象一旦創(chuàng)建，其狀態(tài)就不能被修改。這不僅有助于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。實現(xiàn)的關鍵在于使用只讀字段、構造函數(shù)初始化以及避免暴露可變狀態(tài)。

1. 使用 readonly 字段和構造函數(shù)初始化

C# 中最基礎的不可變對象是通過 readonly 字段配合構造函數(shù)完成初始化來實現(xiàn)的。readonly 確保字段只能在構造函數(shù)中賦值一次，之后不能更改。

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

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

• 這種方式適合小對象或值對象（如 DTO）。
• 所有屬性都為只讀，外部無法修改。
• 構造函數(shù)負責所有初始化，清晰明確。

這種方式簡單有效，但當對象結構復雜時，可能會遇到一些限制，比如嵌套對象是否也保持不可變。

2. 對集合類型進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> 可能會破壞不可變性，因為調(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。
• 初始化時深拷貝原始數(shù)據(jù)，防止外部引用后續(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。它默認生成只讀屬性，并自動實現(xiàn)相等邏輯和不可變語義。

public record Person(string FirstName, string LastName);

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

需要注意的是，雖然 record 的實例默認是不可變的，但如果字段本身是可變對象（如普通類），那整個結構可能還是“淺不可變”。因此要確保嵌套對象也是不可變的。

4. 創(chuàng)建不可變集合的操作建議

當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，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); // 返回新實例

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

使用這些類型時要注意：

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

基本上就這些。不可變對象的設計重點在于控制狀態(tài)變更點，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步驟，但在并發(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＃中設計不變的對象和數(shù)據(jù)結構的詳細內(nèi)容。更多信息請關注PHP中文網(wǎng)其他相關文章！