自定义类、元组、字典和结构体对比——AutoCAD C# 开发中建立不同对象之间的联系

以下是对它们的详细分析和对比：

1. 自定义类（Class）

优势

封装性强：可以定义字段、属性、方法和事件，实现复杂的行为和逻辑。
继承与多态：支持继承体系，可通过接口或抽象类实现多态。
引用类型：适合需要共享状态或频繁修改的对象关系。
扩展性：易于添加新功能或修改现有功能，符合面向对象设计原则。

适用场景

当关系需要包含行为（如计算、验证、状态转换）时。
当需要复杂的生命周期管理（如初始化、释放资源）时。
当对象关系需要被多个组件共享和修改时。

示例（CAD 实体关系）

public class EntityRelationship
{public Entity Parent { get; set; }public List<Entity> Children { get; } = new List<Entity>();public double CalculateTotalArea(){double area = Parent.GetArea();foreach (var child in Children)area += child.GetArea();return area;}
}

2. 元组（Tuple）

优势

语法简洁：无需定义额外的类型，直接使用内置的元组结构。
轻量级：适合临时存储少量数据，无需创建专门的类。
多返回值：方便方法返回多个相关值，避免使用out参数。

劣势

语义模糊：元组元素通过Item1、Item2访问，可读性较差（除非使用命名元组）。
不可变性：默认不可变（除非使用ValueTuple），修改需创建新元组。
功能有限：无法添加方法或属性，仅作为数据容器。

适用场景

临时数据关联（如方法返回多个值）。
简单的键值对（如字典的键）。
代码简洁性优先的场景。

示例（CAD 点与实体关联）

// 使用命名元组
var pointEntityPair = (point: new Point3d(1, 2, 0), entity: GetEntity());

3. 字典（Dictionary）

优势

高效查找：基于哈希表实现，查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O (1)。
键值对结构：适合建立对象之间的映射关系（如 ID → 实体、图层 → 实体列表）。
动态扩展：可以随时添加或删除键值对。

劣势

类型约束：键必须唯一，且需正确实现Equals和GetHashCode。
无序性：默认不保证元素顺序（除非使用SortedDictionary）。

适用场景

需要快速查找或索引的关系（如根据实体 ID 查找关联数据）。
动态构建的映射关系（如分组统计）。

示例（图层与实体的映射）

Dictionary<string, List<Entity>> layerEntities = new Dictionary<string, List<Entity>>();
layerEntities["Layer1"] = new List<Entity> { entity1, entity2 };

4. 结构体（Struct）

优势

值类型：内存分配在栈上，适合轻量级对象，减少堆内存压力。
高效访问：无需通过引用间接访问，性能略优于类。
不可变性：适合设计为不可变的数据结构，线程安全。

劣势

值语义：复制时会创建新实例，可能导致性能问题（尤其在大数据量时）。
功能受限：不支持继承（仅支持接口），不适合复杂行为。

适用场景

表示轻量级数据结构（如坐标点、尺寸）。
频繁使用且数据量小的对象关系。
需要不可变语义的场景。

示例（CAD 坐标点）

public struct PointPair
{public Point3d Start { get; }public Point3d End { get; }public PointPair(Point3d start, Point3d end){Start = start;End = end;}
}

对比总结

特性	自定义类	元组	字典	结构体
数据封装	✅ 强（字段、方法）	❌ 弱（仅数据）	❌ 仅键值对	✅ 中等（字段）
性能	❌ 引用类型（堆分配）	✅ 值类型（栈分配）	❌ 哈希表开销	✅ 值类型（栈分配）
语义明确性	✅ 高（自定义类型）	❌ 低（默认`Item1`）	✅ 中等（键值对）	✅ 中等（自定义结构）
扩展性	✅ 高（继承、方法）	❌ 无	❌ 仅键值操作	❌ 有限（无继承）
适用场景	复杂行为、共享状态	临时数据、多返回值	快速查找、映射关系	轻量级数据、不可变对象

CAD 开发中的最佳实践

复杂关系用类：若需要表示实体之间的层级关系（如父子结构）或行为（如计算面积、转换坐标），使用自定义类。
临时关联用元组：在方法内部或短生命周期代码中，使用元组简化数据传递。
索引关系用字典：当需要快速查找或分组对象时（如按图层筛选实体），使用字典。
轻量数据用结构体：表示点、尺寸等轻量级数据时，使用结构体减少内存开销。

示例：综合应用

// 1. 自定义类：表示实体关系
public class EntityHierarchy
{public Dictionary<string, List<Entity>> LayerGroups { get; } = new Dictionary<string, List<Entity>>();public (Entity parent, List<Entity> children) GetGroup(string layerName){if (LayerGroups.TryGetValue(layerName, out var entities))return (entities[0], entities.Skip(1).ToList());return (null, new List<Entity>());}
}// 2. 结构体：表示尺寸
public struct Dimension
{public double Width { get; }public double Height { get; }public Dimension(double width, double height){Width = width;Height = height;}
}