C#中的9個“黑魔法”與“騷操作”

我們知道?C#是非常先進的語言，因為是它很有遠見的“語法糖”。這些“語法糖”有時過于好用，導致有人覺得它是?C#編譯器寫死的東西，沒有道理可講的——有點像“黑魔法”。

那么我們可以看看?C#這些高級語言功能，是編譯器寫死的東西（“黑魔法”），還是可以擴展（騷操作）的“鴨子類型”。

我先列一個目錄，大家可以對著這個目錄試著下判斷，說說是“黑魔法”（編譯器寫死），還是“鴨子類型”（可以自定義“騷操作”）：

LINQ操作，與?IEnumerable<T>類型；

async/await，與?Task/?ValueTask類型；

表達式樹，與?Expression<T>類型；

插值字符串，與?FormattableString類型；

yieldreturn，與?IEnumerable<T>類型；

foreach循環，與?IEnumerable<T>類型；

using關鍵字，與?IDisposable接口；

T?，與?Nullable<T>類型；

任意類型的?Index/Range泛型操作。

1.?LINQ操作，與?IEnumerable<T>類型

不是“黑魔法”，是“鴨子類型”。

LINQ是?C# 3.0發布的新功能，可以非常便利地操作數據。現在?12年過去了，雖然有些功能有待增強，但相比其它語言還是方便許多。

如我上一篇博客提到，?LINQ不一定要基于?IEnumerable<T>，只需定定義一個類型，實現所需要的?LINQ表達式即可，?LINQ的?select關鍵字，會調用?.Select方法，可以用如下的“騷操作”，實現“移花接木”的效果：

void Main() {var query = from i in new F()select 3;Console.WriteLine(string.Join(",", query)); // 0,1,2,3,4 } class F {public IEnumerable<int> Select<R>(Func<int, R> t){for (var i = 0; i < 5; ++i){yield return i;}} }

2.?async/await，與?Task/?ValueTask類型

不是“黑魔法”，是“鴨子類型”。

async/await發布于?C# 5.0，可以非常便利地做異步編程，其本質是狀態機。

async/await的本質是會尋找類型下一個名字叫?GetAwaiter()的接口，該接口必須返回一個繼承于?INotifyCompletion或?ICriticalNotifyCompletion的類，該類還需要實現?GetResult()方法和?IsComplete屬性。

這一點在?C#語言規范中有說明，調用?awaitt本質會按如下順序執行：

先調用?t.GetAwaiter()方法，取得等待器?a；

調用?a.IsCompleted取得布爾類型?b；

如果?b=true，則立即執行?a.GetResult()，取得運行結果；

如果?b=false，則看情況：

如果?a沒實現?ICriticalNotifyCompletion，則執行?(aasINotifyCompletion).OnCompleted(action)

如果?a實現了?ICriticalNotifyCompletion，則執行?(aasICriticalNotifyCompletion).OnCompleted(action)

執行隨后暫停，?OnCompleted完成后重新回到狀態機；

有興趣的可以訪問?Github具體規范說明：https://github.com/dotnet/csharplang/blob/master/spec/expressions.md#runtime-evaluation-of-await-expressions

正常?Task.Delay()是基于?線程池計時器的，可以用如下“騷操作”，來實現一個單線程的?TaskEx.Delay()：

static Action Tick = null; void Main() {Start();while (true){if (Tick != null) Tick();Thread.Sleep(1);} } async void Start() {Console.WriteLine("執行開始");for (int i = 1; i <= 4; ++i){Console.WriteLine($"第{i}次，時間：{DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss")} - 線程號：{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");await TaskEx.Delay(1000);}Console.WriteLine("執行完成"); } class TaskEx {public static MyDelay Delay(int ms) => new MyDelay(ms); } class MyDelay : INotifyCompletion {private readonly double _start;private readonly int _ms;public MyDelay(int ms){_start = Util.ElapsedTime.TotalMilliseconds;_ms = ms;}internal MyDelay GetAwaiter() => this;public void OnCompleted(Action continuation){Tick += Check;void Check(){if (Util.ElapsedTime.TotalMilliseconds - _start > _ms){continuation();Tick -= Check;}}}public void GetResult() {}public bool IsCompleted => false; }

運行效果如下：

執行開始 第1次，時間：17:38:03 - 線程號：1 第2次，時間：17:38:04 - 線程號：1 第3次，時間：17:38:05 - 線程號：1 第4次，時間：17:38:06 - 線程號：1 執行完成

注意不需要非得使用?TaskCompletionSource<T>才能創建定定義的?async/await。

3. 表達式樹，與?Expression<T>類型

是“黑魔法”，沒有“操作空間”，只有當類型是?Expression<T>時，才會創建為表達式樹。

表達式樹是?C# 3.0隨著?LINQ一起發布，是有遠見的“黑魔法”。

如以下代碼：

Expression<Func<int>> g3 = () => 3;

會被編譯器翻譯為：

Expression<Func<int>> g3 = Expression.Lambda<Func<int>>(Expression.Constant(3, typeof(int)), Array.Empty<ParameterExpression>());

4. 插值字符串，與?FormattableString類型

是“黑魔法”，沒有“操作空間”。

插值字符串發布于?C# 6.0，在此之前許多語言都提供了類似的功能。

只有當類型是?FormattableString，才會產生不一樣的編譯結果，如以下代碼：

FormattableString x1 = $"Hello {42}"; string x2 = $"Hello {42}";

編譯器生成結果如下：

FormattableString x1 = FormattableStringFactory.Create("Hello {0}", 42); string x2 = string.Format("Hello {0}", 42);

注意其本質是調用了?FormattableStringFactory.Create來創建一個類型。

5.?yieldreturn，與?IEnumerable<T>類型；

是“黑魔法”，但有補充說明。

yieldreturn除了用于?IEnumerable<T>以外，還可以用于?IEnumerable、?IEnumerator<T>、?IEnumerator。

因此，如果想用?C#來模擬?C++/?Java的?generator<T>的行為，會比較簡單：

var seq = GetNumbers(); seq.MoveNext(); Console.WriteLine(seq.Current); // 0 seq.MoveNext(); Console.WriteLine(seq.Current); // 1 seq.MoveNext(); Console.WriteLine(seq.Current); // 2 seq.MoveNext(); Console.WriteLine(seq.Current); // 3 seq.MoveNext(); Console.WriteLine(seq.Current); // 4 IEnumerator<int> GetNumbers() {for (var i = 0; i < 5; ++i)yield return i; }

yieldreturn——“迭代器”發布于?C# 2.0。

6.?foreach循環，與?IEnumerable<T>類型

是“鴨子類型”，有“操作空間”。

foreach不一定非要配合使用?IEnumerable<T>類型，只要對象存在?GetEnumerator()方法即可：

void Main() {foreach (var i in new F()){Console.Write(i + ", "); // 1, 2, 3, 4, 5,} } class F {public IEnumerator<int> GetEnumerator(){for (var i = 0; i < 5; ++i){yield return i;}} }

另外，如果對象實現了?GetAsyncEnumerator()，甚至也可以一樣使用?awaitforeach異步循環：

async Task Main() {await foreach (var i in new F()){Console.Write(i + ", "); // 1, 2, 3, 4, 5,} } class F {public async IAsyncEnumerator<int> GetAsyncEnumerator(){for (var i = 0; i < 5; ++i){await Task.Delay(1);yield return i;}} }

awaitforeach是?C# 8.0隨著?異步流一起發布的，具體可見我之前寫的《代碼演示C#各版本新功能》。

7.?using關鍵字，與?IDisposable接口

是，也不是。

引用類型和正常的?值類型用?using關鍵字，必須基于?IDisposable接口。

但?refstruct和?IAsyncDisposable就是另一個故事了，由于?refstruct不允許隨便移動，而引用類型——托管堆，會允許內存移動，所以?refstruct不允許和?引用類型產生任何關系，這個關系就包含繼承?接口——因為?接口也是?引用類型。

但釋放資源的需求依然存在，怎么辦，“鴨子類型”來了，可以手寫一個?Dispose()方法，不需要繼承任何接口：

void S1Demo() {using S1 s1 = new S1(); } ref struct S1 {public void Dispose(){Console.WriteLine("正常釋放");} }

同樣的道理，如果用?IAsyncDisposable接口：

async Task S2Demo() {await using S2 s2 = new S2(); } struct S2 : IAsyncDisposable {public async ValueTask DisposeAsync(){await Task.Delay(1);Console.WriteLine("Async釋放");} }

8.?T?，與?Nullable<T>類型

是“黑魔法”，只有?Nullable<T>才能接受?T?，?Nullable<T>作為一個?值類型，它還能直接接受?null值（正常?值類型不允許接受?null值）。

示例代碼如下：

int? t1 = null; Nullable<int> t2 = null; int t3 = null; // Error CS0037: Cannot convert null to 'int' because it is a non-nullable value type

生成代碼如下（?int?與?Nullable<int>完全一樣，跳過了編譯失敗的代碼）：

IL_0000: nop IL_0001: ldloca.s 0 IL_0003: initobj valuetype [System.Runtime]System.Nullable`1<int32> IL_0009: ldloca.s 1 IL_000b: initobj valuetype [System.Runtime]System.Nullable`1<int32> IL_0011: ret

9. 任意類型的?Index/Range泛型操作

有“黑魔法”，也有“鴨子類型”——存在操作空間。

Index/Range發布于?C# 8.0，可以像?Python那樣方便地操作索引位置、取出對應值。以前需要調用?Substring等復雜操作的，現在非常簡單。

string url = "https://www.super-cool.com/product/7705a33a-4d2c-455d-a42c-c95e6ac8ee99/summary"; string productId = url[35..url.LastIndexOf("/")]; Console.WriteLine(productId);

生成代碼如下：

string url = "https://www.super-cool.com/product/7705a33a-4d2c-455d-a42c-c95e6ac8ee99/amd-r7-3800x"; int num = 35; int length = url.LastIndexOf("/") - num; string productId = url.Substring(num, length); Console.WriteLine(productId); // 7705a33a-4d2c-455d-a42c-c95e6ac8ee99

可見，?C#編譯器忽略了?Index/Range，直接翻譯為調用?Substring了。

但數組又不同：

var range = new[] { 1, 2, 3, 4, 5 }[1..3]; Console.WriteLine(string.Join(", ", range)); // 2, 3

生成代碼如下：

int[] range = RuntimeHelpers.GetSubArray<int>(new int[5] {1,2,3,4,5 }, new Range(1, 3)); Console.WriteLine(string.Join<int>(", ", range));

可見它確實創建了?Range類型，然后調用了?RuntimeHelpers.GetSubArray<int>，完全屬于“黑魔法”。

但它同時也是“鴨子”類型，只要代碼中實現了?Length屬性和?Slice(int,int)方法，即可調用?Index/Range：

var range2 = new F()[2..]; Console.WriteLine(range2); // 2 -> -2 class F {public int Length { get; set; }public IEnumerable<int> Slice(int start, int end){yield return start;yield return end;} }

生成代碼如下：

F f = new F(); int length2 = f.Length; length = 2; num = length2 - length; string range2 = f.Slice(length, num); Console.WriteLine(range2);

總結

如上所見，?C#的“黑魔法”確實挺多，但“鴨子類型”也有很多，“騷操作”的“操作空間”很大。

據傳?C# 9.0將添加“鴨子類型”的元祖——?TypeClasses，到時候“操作空間”肯定比現在更大，非常期待！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的C#中的9个“黑魔法”与“骚操作”的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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