详解C# Tuple VS ValueTuple（元组类 VS 值元组）

C# 7.0已经出来一段时间了，你们都知道新特性里面有个对元组的优化：ValueTuple。这里利用详尽的例子详解Tuple VS ValueTuple（元组类VS值元组）.

 

回顾Tuple

Tuple是C# 4.0时出的新特性，.Net Framework 4.0以上版本可用。

元组是一种数据结构，具备特定数量和元素序列。好比设计一个三元组数据结构用于存储学生信息，一共包含三个元素，第一个是名字，第二个是年龄，第三个是身高。

元组的具体使用以下：

1.    如何建立元组

默认状况.Net Framework元组仅支持1到7个元组元素，若是有8个元素或者更多，须要使用Tuple的嵌套和Rest属性去实现。另外Tuple类提供创造元组对象的静态方法。

• 利用构造函数建立元组：

var testTuple6 = new Tuple<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");

var testTuple10 = new Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new Tuple<int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple10.Item1}, Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}");

• 利用Tuple静态方法构建元组，最多支持八个元素：

var testTuple6 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}");

var testTuple8 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple8.Item1}, Item 8: {testTuple8.Rest.Item1}");

Note：这里构建出来的Tuple类型实际上是Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int>>，所以testTuple8.Rest取到的数据类型是Tuple<int>，所以要想获取准确值须要取Item1属性。

2.    表示一组数据

以下建立一个元组表示一个学生的三个信息：名字、年龄和身高，而不用单独额外建立一个类。

var studentInfo = Tuple.Create<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");

3.    从方法返回多个值

当一个函数须要返回多个值的时候，通常状况下可使用out参数，这里能够用元组代替out实现返回多个值。

static Tuple<string, int, uint> GetStudentInfo(string name)
{
    return new Tuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
}

static void RunTest()
{
    var studentInfo = GetStudentInfo("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}

4.    用于单参数方法的多值传递

当函数参数仅是一个Object类型时，可使用元组实现传递多个参数值。

static void WriteStudentInfo(Object student)
{
    var studentInfo = student as Tuple<string, int, uint>;
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}

static void RunTest()
{
    var t = new System.Threading.Thread(new System.Threading.ParameterizedThreadStart(WriteStudentInfo));
    t.Start(new Tuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175));
    while (t.IsAlive)
    {
        System.Threading.Thread.Sleep(50);
    }
}

 

尽管元组有上述方便使用的方法，可是它也有明显的不足：

• 访问元素的时候只能经过ItemX去访问，使用前须要明确元素顺序，属性名字没有实际意义，不方便记忆；
• 最多有八个元素，要想更多只能经过最后一个元素进行嵌套扩展；
• Tuple是一个引用类型，不像其它的简单类型同样是值类型，它在堆上分配空间，在CPU密集操做时可能有太多的建立和分配工做。

所以在C# 7.0中引入了一个新的ValueTuple类型，详见下面章节。

ValueTuple详解

ValueTuple是C# 7.0的新特性之一，.Net Framework 4.7以上版本可用。

值元组也是一种数据结构，用于表示特定数量和元素序列，可是是和元组类不同的，主要区别以下：

• 值元组是结构，是值类型，不是类，而元组（Tuple）是类，引用类型；
• 值元组元素是可变的，不是只读的，也就是说能够改变值元组中的元素值；
• 值元组的数据成员是字段不是属性。

值元组的具体使用以下：

1.    如何建立值元组

和元组类同样，.Net Framework值元组也只支持1到7个元组元素，若是有8个元素或者更多，须要使用值元组的嵌套和Rest属性去实现。另外ValueTuple类能够提供创造值元组对象的静态方法。

• 利用构造函数建立元组：

var testTuple6 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}"); 

var testTuple10 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int, int, ValueTuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new ValueTuple <int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple10.Item1}, Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}");

• 利用Tuple静态方法构建元组，最多支持八个元素：

var testTuple6 = ValueTuple.Create<int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple6.Item1}, Item 6: {testTuple6.Item6}"); 

var testTuple8 = ValueTuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
Console.WriteLine($"Item 1: {testTuple8.Item1}, Item 8: {testTuple8.Rest.Item1}");

注意这里构建出来的Tuple类型实际上是Tuple<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int>>，所以testTuple8.Rest取到的数据类型是Tuple<int>，所以要想获取准确值须要取Item1属性。

优化区别：当构造出超过7个元素以上的值元组后，可使用接下来的ItemX进行访问嵌套元组中的值，对于上面的例子，要访问第十个元素，既能够经过testTuple10.Rest.Item3访问，也能够经过testTuple10.Item10来访问。

var testTuple10 = new ValueTuple<int, int, int, int, int, int, int, ValueTuple<int, int, int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, new ValueTuple<int, int, int>(8, 9, 10));
Console.WriteLine($"Item 10: {testTuple10.Rest.Item3}, Item 10: {testTuple10.Item10}");

2.    表示一组数据

以下建立一个值元组表示一个学生的三个信息：名字、年龄和身高，而不用单独额外建立一个类。

var studentInfo = ValueTuple.Create<string, int, uint>("Bob", 28, 175);
Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");

3.    从方法返回多个值

值元组也能够在函数定义中代替out参数返回多个值。

static ValueTuple<string, int, uint> GetStudentInfo(string name)
{
    return new ValueTuple <string, int, uint>("Bob", 28, 175);
}

static void RunTest()
{
    var studentInfo = GetStudentInfo("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}

优化区别：返回值能够不明显指定ValueTuple，使用新语法(,,)代替，如(string, int, uint)：

static (string, int, uint) GetStudentInfo1(string name)
{
    return ("Bob", 28, 175);
}

static void RunTest1()
{
    var studentInfo = GetStudentInfo1("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}

调试查看studentInfo的类型就是ValueType三元组。

优化区别：返回值能够指定元素名字，方便理解记忆赋值和访问：

static (string name, int age, uint height) GetStudentInfo1(string name)
{
    return ("Bob", 28, 175);
}

static void RunTest1()
{
    var studentInfo = GetStudentInfo1("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.name}], Age [{studentInfo.age}], Height [{studentInfo.height}]");
}

方便记忆赋值：

方便访问：

4.    用于单参数方法的多值传递

当函数参数仅是一个Object类型时，可使用值元组实现传递多个值。

static void WriteStudentInfo(Object student)
{
    var studentInfo = (ValueTuple<string, int, uint>)student;
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{studentInfo.Item1}], Age [{studentInfo.Item2}], Height [{studentInfo.Item3}]");
}

static void RunTest()
{
    var t = new System.Threading.Thread(new System.Threading.ParameterizedThreadStart(WriteStudentInfo));
    t.Start(new ValueTuple<string, int, uint>("Bob", 28, 175));
    while (t.IsAlive)
    {
        System.Threading.Thread.Sleep(50);
    }
}

5.    解构ValueTuple

能够经过var (x, y)或者(var x, var y)来解析值元组元素构造局部变量，同时可使用符号”_”来忽略不须要的元素。

static (string name, int age, uint height) GetStudentInfo1(string name)
{
    return ("Bob", 28, 175);
}

static void RunTest1()
{
    var (name, age, height) = GetStudentInfo1("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{name}], Age [{age}], Height [{height}]");

    (var name1, var age1, var height1) = GetStudentInfo1("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Name [{name1}], Age [{age1}], Height [{height1}]");

    var (_, age2, _) = GetStudentInfo1("Bob");
    Console.WriteLine($"Student Information: Age [{age2}]");
}

 

由上所述，ValueTuple使C#变得更简单易用。较Tuple相比主要好处以下：

• ValueTuple支持函数返回值新语法”(,,)”，使代码更简单；
• 可以给元素命名，方便使用和记忆，这里须要注意虽然命名了，可是实际上value tuple没有定义这样名字的属性或者字段，真正的名字仍然是ItemX，全部的元素名字都只是设计和编译时用的，不是运行时用的（所以注意对该类型的序列化和反序列化操做）；
• 可使用解构方法更方便地使用部分或所有元组的元素；
• 值元组是值类型，使用起来比引用类型的元组效率高，而且值元组是有比较方法的，能够用于比较是否相等，详见：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.valuetuple。