在C＃，类或结构中实现矩阵（线性代数）的更好方法是什么？

Question

只是为了好玩，我正在C＃.NET核心上从头实现我自己的Ray Tracer，其中包括矢量，矩阵和其他Liner代数工件。

问题：对于矩阵，应该考虑到将用于Ray Tracer（我只需要2x2、3x3和4x4矩阵）的矩阵，哪种方法才是正确的实现方法？ ？

1. Matrix类，您可以在构造函数上定义其大小。这意味着没有代码重复，但是所有内容都将存储在堆中，这意味着将频繁调用垃圾收集器。
2. 几种结构，可以满足我所需的不同自定义大小，例如Matrix2x2，Matrix3x3，Matrix4x4？ C＃中的结构没有继承支持，因此需要在所有结构之间复制很多代码。从正面来看，这些矩阵将存储在堆栈中。
3. 混合方法，遵循（2）并保留所有方法签名，但是使用具有所有逻辑来操作这些结构的辅助静态类，而不是在其中保留逻辑。从用户的角度来看，您不需要与此类进行交互，但是我不知道这是否会过大。

  

注意：我不想为此使用库，这就是   “从头开始”：）

我正在探索其他在C＃上创建的库，以及Unity等游戏引擎作为参考。这些库通常使用大量重复的代码创建多个结构。我假设这是可以接受的，因为这些结构不应经常修改。我更愿意这样做（2），但我想检查一下您对方法（3）的看法

对于结构，我不能使用数组，因此我需要显式创建N x N变量来保存矩阵的值。使方法（3）可行的好处是对C＃索引器的支持（索引器允许对诸如数组之类的对象进行索引。为类定义索引器时，该类的行为类似于虚拟数组），因此从助手类的角度来看，它们看起来像是数组，使得可以执行任何大小（2x2、3x3和4x4）的逻辑

在这里，我将不胜感激。

致谢。