struct — 是什么、关键概念以及 Swift 语法

Swift 中的 struct 是什么？

Struct（结构体）是 Swift 中的一种复合数据类型，它将相关的属性和方法分组到一个实体中。与类不同，结构体是值类型（value types）：当传递给函数或赋值给新变量时，会创建结构体的独立副本，而不是对原始对象的引用。

Swift 对所有原始类型使用结构体：Int、Double、String、Bool、Array、Dictionary 和 Set。这意味着即使是基本的 Int 数字也像结构体一样行为——赋值时会创建副本。开发人员可以定义自己的结构体，具有任意属性和方法集合。

根据 Swift Evolution (SE-0143)，将标准类型实现为结构体的决定是出于性能和可预测性的考虑。值类型不会创建引用循环，不需要 ARC 引用计数，并保证副本的更改不会影响原始数据——这对于多线程场景中的数据不可变性至关重要。

Struct 作为值类型

值类型语义（Value type semantics）—— struct 和 class 之间的关键区别。当您将结构体赋值给新变量或传递给函数时，Swift 会创建所有数据的独立副本。副本中的任何更改都不会影响原始数据，从而消除了引用类型特有的副作用。

// 值类型语义示例
struct Point {
    var x: Double
    var y: Double
}

var p1 = Point(x: 10, y: 20)
var p2 = p1        // p2 是 p1 的独立副本
p2.x = 99            // 只有 p2 改变
print(p1.x)         // 10 — p1 不变
print(p2.x)         // 99

Copy-on-Write 优化

Swift 使用 Copy-on-Write（COW）来优化复制。如果多个变量引用同一个结构体，但没有一个修改数据，则不会发生实际复制。Swift 在变量之间共享内存，直到第一次修改——然后创建真正的副本。这可以防止不必要的分配操作并加快与集合的工作速度。

可变性与 mutating 方法

默认情况下，结构体的方法不能修改其属性——Swift 要求对进行更改的方法显式指定 mutating。此限制可防止意外修改并使代码可预测：如果方法未标记为 mutating，则保证不会修改结构体。

Mutating 实际应用

当您在方法前添加 mutating 关键字时，Swift 可以编写新值到结构体的属性中。实际上，该方法甚至可以通过 self = 完全替换结构体实例为新实例。此机制用于例如 Option 和 Result 类型。

// 带有 mutating 方法的结构体
struct Counter {
    private var value: Int = 0

    // Mutating 方法——可以修改属性
    mutating func increment() {
        value += 1
    }

    // Mutating 方法可以完全替换 self
    mutating func reset() {
        self = Counter()
    }

    // Non-mutating 方法——只读
    func currentValue() -> Int {
        return value
    }
}

var counter = Counter()
counter.increment()
print(counter.currentValue())  // 1
counter.reset()
print(counter.currentValue())  // 0

Mutating 规则：结构体必须通过 var 声明，而不是 let —— 常量结构体不能调用 mutating 方法。编译器在构建阶段检查这一点：尝试在 let 常量上调用 mutating 方法会导致编译错误。

Struct vs Class：比较

在 struct 和 class 之间选择是 Swift 中的基本决策之一。两种类型都可以包含属性、方法、初始化器并实现协议，但在内存语义、继承和生命周期管理方面存在根本差异。

当数据不需要继承、不应具有共享标识（例如坐标、尺寸、配置）并在模块之间传递时，首选结构体。类用于 UI 组件（UIView、UIViewController）、单例和具有共享标识的对象。

何时选择 struct

Apple 建议在 Swift 中使用 struct 作为数据建模的默认类型。由于可预测的复制语义和没有引用计数的开销，结构体适用于大多数场景。让我们看看结构体是最佳选择的典型情况。

无需继承的数据模型

如果实体包含数据而不需要继承（Product、User、Order、Point），请使用 struct。编译器会自动生成 memberwise 初始化器——您无需手动编写 init。Equatable 和 Hashable 也自动为所有属性满足这些协议的结构体实现。

不可变（immutable）数据

对于创建后不更改的配置、设置和标志，struct 比 class 更可取。常量（let）结构体保证所有嵌套字段的不可变性——在 class 中，这仅适用于引用，而不适用于对象的内容。

多线程代码

由于值类型语义，结构体在多线程环境中是安全的。每个线程获得独立的数据副本，不会影响其他线程。值类型之间不可能出现竞态条件，这使得结构体成为 SwiftUI 中模型的首选（ObservableObject 需要 class，但 @State 使用 struct）。

// 结构体用于数据模型的示例
struct User: Codable, Identifiable {
    let id: UUID
    var name: String
    var email: String
    var isPremium: Bool

    // 计算属性——non-mutating
    var displayName: String {
        isPremium ? "\(name) ⭐️" : name
    }
}

// 自动 memberwise 初始化器
let user = User(
    id: UUID(),
    name: "Alice",
    email: "alice@example.com",
    isPremium: true
)

// 复制对多线程安全
var userCopy = user
userCopy.isPremium = false
// user.isPremium 保持为 true

当您需要继承（UIKit/AppKit 组件）、共享标识（delegate、observer）或受控对象生命周期（deinit）时，请使用 class。其他所有情况——struct。