结构体与类

是什么，为什么存在

结构体（structure）和类（class）都能把数据与行为组织成一个具名类型。 两者都可以声明属性、方法、下标和初始化器，也都能遵循协议并通过扩展增加能力。 真正影响设计的不是语法相似处，而是值在赋值、传参和修改时的语义。

普通结构体采用 值语义（value semantics） 。 把一个结构体赋给另一个变量，或把它传给函数时，会得到一个逻辑副本；之后修改一份值，不应改变另一份值的可观察状态。 “逻辑副本”不要求运行时立刻复制全部字节，编译器和标准库仍可共享不可观察的内部存储。

类采用引用语义。 变量保存的是对实例的引用，复制该引用不会创建新实例；多个调用方可以通过不同名称读写同一对象。 类实例还具有 引用恒等性（reference identity） ，可用 === 和 !== 判断两个引用是否指向同一个实例。

这个区别解决了两类不同建模需求。 金额、坐标、配置快照和解析结果通常表示“这个值是什么”，适合独立复制；会话、连接、控制器和具有明确生命周期的资源通常表示“这是哪个对象”，可能需要共享身份。 如果业务规则只要求相等性，不要求身份，就不应仅为方便修改而引入共享引用。

你会在 API 模型、集合元素、SwiftUI 状态、缓存、协议实现和并发边界中反复遇到这个选择。 它不是“结构体小、类大”的尺寸判断，也不是栈与堆的简化判断。 先决定语义和所有权，再用测量结果处理性能问题。

工作原理

声明结构体值时，变量直接代表那个值。 默认可复制结构体的赋值会建立新的逻辑值，函数参数也按同样原则接收值。 实现可以消除复制、以内联形式存储字段，或为集合等类型使用共享缓冲区，只要外部仍观察到值语义。

声明类实例时，变量代表一个引用。 把引用赋给另一个变量后，两者指向同一个实例；通过任一引用修改可变属性，另一引用随后会观察到修改。 Swift 使用自动引用计数（Automatic Reference Counting，ARC）管理类实例的生命周期，而结构体值本身不靠对该值做引用计数来管理。

图上方的两个变量各自拥有一个可观察上独立的 Score 值。 下方的两个常量引用则指向同一个 Player 实例。 let 固定的是绑定：它阻止结构体值发生修改或重新赋值，也阻止类引用改指向其他实例，但不阻止类实例的 var 属性改变。

结构体方法默认不能修改 self 或其存储属性。 需要修改时，方法必须标记为 mutating，调用点的结构体绑定也必须是 var。 一个 mutating 方法甚至可以用新值替换整个 self，所以这个标记表达的是对完整值的写访问。

类的实例方法不需要 mutating 就能修改 var 属性，因为引用保持指向同一个实例。 这种便利也意味着别名可能在远处观察到变化。 如果共享修改不是领域契约的一部分，应通过结构体返回新值，或把可变范围限制在明确的拥有者内部。

结构体会在没有自定义初始化器妨碍合成时获得 成员初始化器（memberwise initializer） 。 它为存储属性提供对应参数，但默认访问级别不是可随意依赖的公开 API；声明公共模型时应显式写出要承诺的初始化器。 类不会自动获得成员初始化器，所有存储属性仍必须在初始化结束前得到值。

类支持继承、类型转换、deinit 和引用恒等性，结构体不支持这些类专属能力。 两者都能遵循协议，因此“需要多态”本身并不等于“需要类”。 只有基类实现与覆盖关系确实属于模型时，继承才是选择类的理由。

下面的对照表把选择压缩为可检查的契约：

结构体也可以包含类引用。 外层结构体仍会被复制，但其中的引用只复制引用本身，因此两个外层值可能共享同一个嵌套实例。 这是一种 浅拷贝（shallow copy） 边界，必须在类型设计和测试中明确。

示例

赋值后的独立值与共享实例

第一个程序把同一份分数分别放入结构体变量和类实例。 修改结构体副本只影响副本；修改第二个类引用看到的实例，也会改变第一个引用观察到的结果。 最后的恒等性检查直接确认两个引用指向同一个实例。

homeScore 与 copiedScore 是两个值，因此对后者的写入不会回到前者。 firstView 与 secondView 则只是同一 Player 的两个入口。 注意，放入 Player.score 时还会复制 Score，所以类实例中的分数从 10 开始，而不是从副本的 15 开始。

成员初始化器与 mutating 方法

Cart 没有手写初始化器，因此编译器合成成员初始化器。 itemCount 带有默认值，调用方只需传入 owner；add(_:) 会修改结构体自身，所以必须标记为 mutating。 修改购物车前保存的 snapshot 继续表示旧状态。

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struct Cart {
    let owner: String
    private(set) var itemCount = 0

    mutating func add(_ quantity: Int) {
        precondition(quantity > 0)
        itemCount += quantity
    }
}

var cart = Cart(owner: "Mina")
cart.add(2)

let snapshot = cart
cart.add(3)

print("owner:", cart.owner)
print("snapshot items:", snapshot.itemCount)
print("current items:", cart.itemCount)

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如果把 cart 声明为 let，调用 add(_:) 会产生编译错误。 而 snapshot 无需“冻结”操作，它本来就是复制时刻的独立值。 公开库仍应考虑显式声明 init(owner:)，避免把合成初始化器当成稳定的外部契约。

结构体中的引用不会深拷贝

这个示例故意把可变的 Counter 类放入 Report 结构体。 复制 Report 后，标题字段独立，但 counter 的两个引用仍指向同一实例。 外层值语义并不会自动递归成整个对象图的深层独立性。

// # not executed here: Swift toolchain is not installed.
final class Counter {
    var value: Int

    init(value: Int) {
        self.value = value
    }
}

struct Report {
    var title: String
    var counter: Counter
}

var morning = Report(
    title: "Morning",
    counter: Counter(value: 1)
)
var evening = morning

evening.title = "Evening"
evening.counter.value += 1

print("titles:", morning.title, evening.title)
print("counts:", morning.counter.value, evening.counter.value)
print("shared counter:", morning.counter === evening.counter)

Not executed here: Swift toolchain is not installed.

这里不是 Swift 违反了值语义，而是 Report.counter 这个字段的值本来就是类引用。 需要完整快照时，可以让嵌套状态也采用值类型，或者提供含义明确的复制操作来创建新 Counter。 不要把通用“深拷贝”当作默认答案；应先定义哪些资源允许共享。

用值快照包住共享身份

很多真实模型会组合两种语义，而不是只选一种。 编辑会话需要共享身份，所以使用类；文档内容是某一时刻的状态，所以使用结构体。 在修改会话前复制 document，就得到不受后续改名影响的快照。

// # not executed here: Swift toolchain is not installed.
struct Document {
    let id: Int
    var title: String
}

final class EditorSession {
    let sessionID: String
    var document: Document

    init(sessionID: String, document: Document) {
        self.sessionID = sessionID
        self.document = document
    }

    func renameDocument(to title: String) {
        document.title = title
    }
}

let session = EditorSession(
    sessionID: "S-42",
    document: Document(id: 7, title: "Draft")
)
let collaborator = session
let beforeRename = session.document

collaborator.renameDocument(to: "Reviewed")

print("before:", beforeRename.title)
print("current:", session.document.title)
print("shared session:", session === collaborator)

Not executed here: Swift toolchain is not installed.

beforeRename 的用途从名称和类型上都很清楚：它是值快照，不是第二个实时视图。 collaborator 则有意共享会话身份，因此通过它修改会被 session 观察到。 这种组合把共享范围限制在确实需要协调的对象内。

陷阱

延伸阅读

• Swift 编程语言：结构体与类
• Swift 编程语言：方法
• Swift 编程语言：继承
• Swift 编程语言：自动引用计数
• SE-0390：不可复制结构体与枚举