Structs em C# - diversão garantida - Parte 5/9: Outros cenários em que o comportamento de construtores em estruturas podem te surpreender.

Read this post in English

Lisez cet post en french

No post anterior apresentamos um programa no qual struct contructors não erão invocados não importando como a sintaxe nos levasse a acreditar no contrário. Neste post  continuamos a discussão sobre construtores em Value Types adicionando mais alguns cenários mostrados no código abaixo:

Dado o código acimae, qual valores você espera que sejam mostrados? 42, 42, -1, 42?

Baseado no conhecimento do post anterior sabemos que a inicialização da quarta variável (marcada como // 4) introduzirá uma chamada ao construtor sem parâmetros assim s_4.v será inicializado com o valor 42; mas e quanto aos outros 3 casos?

Se inspecionarmos o código IL gerado notaremos que o compilador emitiu uma chamada ao constructor  S(int) para a variável s_3 mas que nenhum construtor foi executado na inicialização das duas primeiras variáveis o que implica que  s_1 e s_2 terão o campo v inicializado com 0 fazendo com que código acima imprima 0, 0, -1, 42.

Porque ?

Poderíamos argumentar que nos quatro casos um value type está sendo instanciado e que, assim sendo, nos quatro casos um construtor deveria ser executado. Para tentar compreender porque nenhum construtor foi executado para as duas primeiras variáveis vamos recorrer à especificação da linguagem C#.

Começando com s_1, a documentação de default expression diz:

Uma expressão de valor padrão é usada para obter o valor padrão (valores padrão) de um tipo.

referenciando a sessão valores padrão (Default Values), onde podemos ler:

Para uma variável de um value_type, o valor padrão é o mesmo que o valor calculado pelo construtor padrão do Value_type(construtores padrão).

que por sua vez referencia a sessão construtores padrão (Default Constructors) onde finalmente podemos ler:

Todos os tipos de valor declaram implicitamente um construtor de instância sem parâmetros públicos chamado de construtor padrão. O construtor padrão retorna uma instância inicializada em zero conhecida como valor padrão para o tipo de valor:
...

• Para um struct_type, o valor padrão é o valor produzido definindo todos os campos de tipo de valor como seu valor padrão e todos os campos de tipo de referência como null.

de forma que mesmo mencionando a execução de construtores padrão ela também define que o construtor padrão para um value type¹ é equivalente a inicializar a memória reservada para a variável com 0 (zero). Assim sendo não executar tais construtores é o comportamento experado neste cenário.

Neste ponto nos resta apenas um último cenário: arrays de value types. Para compreender o mesmo vamos mais uma vez analisar o que a especificação da linguágem diz a respeito da instanciação de array:

As instâncias de matriz são criadas por array_creation_expressions (expressões de criação de matriz) ou por declarações de campo ou de variável local que incluem um array_initializer (inicializadores de matriz).....

Os elementos das matrizes criados por array_creation_expression s são sempre inicializados para seu valor padrão (valores padrão).

o que significa que quando um array é instanciado todos seus elementos são inicializados com seus respectivos valores default que no caso de value types, como vimos acima, é equivalente a inicializar a memória reservada para a variável com 0 (zeros).

Acredito que este comportamento tenha 2 principais motivos: i) historicamente C# introduziu suporte a declaração explicita de construtores sem parâmetros em value types apenas na versão 10² da linguágem e, ii) performance: imagine um programa alocando um array como new S[1_000_000]; se constructores padrão tivessem que ser executados, instanciação de arrays de value types poderiam apresentar um grande impacto em performance.

Como sempre, todo feedback é bem vindo.

Divirta-se!

---

1. Observe que mesmo com a introdução do suporte a declaração explícita de construtores padrão (sem parâmetros) no C# 10, nada muda com relação a default expressions para value types, ou seja, mesmo que um value type (VT) declare um construtor sem parâmetos default(VT) irá produzir uma instância inicializada com 0 (zero) e nenhum construtor será invocado (provavelmente a especificação da linguagem será modificada para tornar este ponto mais claro).