C#，在设计基本颜色类时正确使用static关键字

Question

我正在制作一个 Color 类，并提供一个标准构造函数，例如

Color(int red, int green, int blue)

然后我想提供一种简单的方法来获取最常见的颜色，例如 颜色.蓝色，颜色.红色。我看到了两种可能的选择：

public static readonly Color Red = new Color(255, 0, 0);

public static Color Red { get { return new Color(255, 0, 0); } }

我不完全了解的是，两者之间是否存在优势，以及 static 关键字的工作原理。我的想法是：首先创建一个实例，然后该实例在程序的整个过程中都保留在内存中，并且每次调用 Red 时，都会使用该实例。后者只在第一次使用时创建一些东西，但每次都会创建一个新实例。如果这是正确的，那么我会争辩说，如果我提供了很多预定义的颜色，那么第一个会使用很多不必要的内存吗？因此，每次我猜测时，它都是内存使用与实例化对象的运行时开销。

我的推理正确吗？在设计类和使用 static 关键字时，任何关于最佳实践的建议都会很棒。

Answer 1

我猜你可能已经知道框架提供了一个Color 结构。我猜你正在创建一个 Color 类只是为了练习。

您对 static 关键字的含义表示不确定，尽管您已正确使用它。当static 应用于类或结构的成员时，意味着该成员作为一个整体属于该类，并且不适用于单个实例。静态数据成员（字段）只创建一次；实例没有自己的副本。在没有实例引用的情况下调用静态函数（方法和属性）。

就内存使用而言，在您的情况下我不会太担心。您的Color 类不应在每个实例中使用超过几个字节（例如，框架的Color 结构将红色、绿色、蓝色和alpha 存储在一个32 位int 中。）。如果你的Color 是一个真正的class 而不是struct，那么你将有更多的字节开销（每个实例将有一个额外的 32 位 v-table/typeinfo 指针，并且每个引用是一个额外的 32 位），但即便如此，你说的是每个实例大约 12 个字节。如果您预定义了 100 种不同的颜色，您将使用

不过，延迟实例化是有原因的。有些类确实使用大量内存，有些会占用有限的系统资源，有些则需要很长时间才能构建自己，等等。对于这些类，有时最好使用像这样的模式：

class Heavy{
    static Heavy first;
    static Heavy second;

    public static Heavy First{
        get{
            if(first == null)
                first = new Heavy();
            return first;
        }
    }
    public static Heavy Second{
        get{
            if(second == null)
                second = new Heavy();
            return second;
        }
    }
}

另一个考虑因素是可变性。您的 Color 类是可变的还是不可变的？换句话说，您的类的实例是否可以更改其值，或者它们是否总是在创建后代表相同的值？

如果您的Color 是可变的，那么拥有静态“红色”访问器的唯一正确方法是您的第二个示例，即每次访问都创建一个新访问器。这样一来，某人就不能做类似的事情：

Color.Red.G = 255;

并使单个共享的 Color.Red 实例实际上代表黄色。

但也请记住，在以下情况下：

for(int y = 0; y < bmp.Height; y++)
for(int x = 0; x < bmp.Width; x++)
    if(bmp.GetPixel(x, y) == Color.Red))
        MessageBox.Show("Found a red pixel!");

将创建您的Color 类的很多 个实例。当然，它们稍后会被垃圾收集，但这仍然是您上面的第一个构造的案例参数（或我给出的“重”示例）。

现在，如果您的 Color 实际上是一个结构，那么这是一个略有不同的故事。当你 new 一个结构时没有堆分配，也没有 v-table 或引用指针，所以真正考虑的是你的构造函数需要多长时间。

Answer 2

您对权衡的推理和识别似乎是正确的。如果您查看 System.Drawing.Color 结构，您会发现它使用了第二种技术。初始化新结构的开销很小，因此这可能比预先创建大量已知颜色要好。

我希望 Color 是一个不可变的结构。但是，如果您打算创建一个类，那么如果您决定使用第一种技术，则需要确保它是不可变的。

Answer 3

关于使用静态的一个注意事项是，您应该确保不要滥用它来执行诸如存储全局数据之类的事情。

如果您确实需要至少在 WPF 中的全局数据，模式是拥有一个引用其自身的非静态实例的静态属性。例如Application.Current。这是我为我的应用程序复制的模式。

Answer 4

正如你所说，第一个只会创建一个颜色实例：

public static readonly Color RED = new Color(255, 0, 0);

在幕后，我相信在运行时它只会在第一次被调用时被实例化。但是我还没有在调试器中自己检查过。

正如您所说的静态 getter 替代方案，您提供的实现将在您调用它时不必要地填满堆。原因是每次调用都会创建一个new对象。

如果您真的想选择 getter 替代方案但又不想填满堆，那么至少也要使 Color 类的创建也成为静态的。像这样：

private static readonly Color RED = new Color(255, 0, 0);
    // RED is created once when it is invoked for the first time.

public static Color Red { 
    get { 
        return RED; 
            // Will return a created RED object or create one 
            // for the first time.
    } 
}