C#中的委托解析

  談及到C#的基本特性，“委托”是不得不去了解和深入分析的一個特性。對于大多數剛入門的程序員談到“委托”時，都會想到“將方法作為方法的參數進行傳遞”，很多時候都只是知道簡單的定義，主要是因為“委托”在理解上有較其他特性比較難的地方。在本次說明中，不會將委托的簡單聲明和調用作為重點。

    “委托”不需要直接定義一個要執行的行為，而是將這個行為用某種方法“包含”在一個對象中。這個對象可以像其他任何對象那樣使用。在該對象中，可以執行封裝的操作。可以選擇將委托看作之定義了一個方法的接口，將委托的實例看作實現了那個接口的對象。

    在“委托”的相關定義中，我們可以不難看出，“委托與方法“相比較于“接口與類”有著設計理念上的相似部分，產生的背景源于”設計原則“中的”開放-封閉原則“，”開放-封閉“原則：是說軟件實體（類，模塊，函數等等）應該可以擴展，但是不可修改。換一種說法可能更好的理解”對于擴展是開放的，對于更改是封閉的“，面對新的需求，對于程序的改動是通過增加新的代碼進行的，而不是更改現有的代碼。

   在C#中委托用delegate關鍵字定義，使用new操作符構造委托實例，采用傳統的方法調用語法來回調函數（只是要用引用了委托對象的一個變量代替方法名）。在C#中，委托在編譯的時候會被編譯成類。對于委托的一個說明：委托是一個類，它定義了方法的類型，使得可以將方法當作另一個方法的參數來進行傳遞。委托類既可嵌套在一個類型中定義，也可以在全局范圍內定義。由于委托是類，凡是可以定義類的地方，都可以定義委托。

  接下來我們來看一下”委托“的組成，需要滿足的條件：

     1.聲明委托類型。

     2.必須有一個方法包含了要執行的代碼。

     3.必須創建一個委托實例。

     4.必須調用委托實例。

    接下來大致的了解一下上面所提出的4項條件：

     委托類型實際上只是參數類型的一個列表以及返回類型。規定了類型的實例能表示的操作。在調用一個委托實例的時候，必須保證使用的參數完全匹配，而且能以指定的方式使用返回值。對于委托實例的創建，取決于操作使用實例方法還是靜態方法（如果操作是靜態方法，指定類型名稱就可以，如果是操作實例方法，需要先創建類型的實例）。對于委托的調用，可以直接調用委托的實例的方法就可以完成對應的操作。

    以上談及了”委托“的定義和組成，接下來我們來了解一下如何將方法綁定到”委托“上，以及委托的合并和刪除。

    可以將多個方法賦給同一個委托，委托實例實際有一個操作列表與之關聯。在System.Delegate類型中提供了兩個靜態方法Combine()和Remove()負責委托實例的新增和刪除操作。但是在我們的實際開發中，較多的采用-=和+=操作符。

  在FCL中，所有的委托類型都派生自MulticastDelegate，該類型在System.MulticastDelegate類型中。

   具體來看一下Combine()方法的底層實現代碼：

[System.Runtime.InteropServices.ComVisible(true)] 
        public static Delegate Combine(params Delegate[] delegates) 
        {
            if (delegates == null || delegates.Length == 0) 
                return null;

            Delegate d = delegates[0];
            for (int i = 1; i < delegates.Length; i++) 
                d = Combine(d,delegates[i]);
 
            return d; 
        }

public static Delegate Combine(Delegate a, Delegate b) 
        {
            if ((Object)a == null) 
                return b;

            return  a.CombineImpl(b);
        }

 以上兩個方法為System.Delegate類型中，CombineImpl方法在MulticastDelegate重寫。

[System.Security.SecuritySafeCritical]  
        protected override sealed Delegate CombineImpl(Delegate follow)
        { 
            if ((Object)follow == null) 
                return this;
            if (!InternalEqualTypes(this, follow))
                throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTypeMis"));
 
            MulticastDelegate dFollow = (MulticastDelegate)follow;
            Object[] resultList; 
            int followCount = 1; 
            Object[] followList = dFollow._invocationList as Object[];
            if (followList != null) 
                followCount = (int)dFollow._invocationCount;

            int resultCount;
            Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; 
            if (invocationList == null)
            { 
                resultCount = 1 + followCount; 
                resultList = new Object[resultCount];
                resultList[0] = this; 
                if (followList == null)
                {
                    resultList[1] = dFollow;
                } 
                else
                { 
                    for (int i = 0; i < followCount; i++) 
                        resultList[1 + i] = followList[i];
                } 
                return NewMulticastDelegate(resultList, resultCount);
            }
            else
            { 
                int invocationCount = (int)_invocationCount;
                resultCount = invocationCount + followCount; 
                resultList = null; 
                if (resultCount <= invocationList.Length)
                { 
                    resultList = invocationList;
                    if (followList == null)
                    {
                        if (!TrySetSlot(resultList, invocationCount, dFollow)) 
                            resultList = null;
                    } 
                    else 
                    {
                        for (int i = 0; i < followCount; i++) 
                        {
                            if (!TrySetSlot(resultList, invocationCount + i, followList[i]))
                            {
                                resultList = null; 
                                break;
                            } 
                        } 
                    }
                } 
                if (resultList == null)
                {
                    int allocCount = invocationList.Length; 
                    while (allocCount < resultCount)
                        allocCount *= 2; 
 
                    resultList = new Object[allocCount];
 
                    for (int i = 0; i < invocationCount; i++)
                        resultList[i] = invocationList[i];

                    if (followList == null) 
                    {
                        resultList[invocationCount] = dFollow; 
                    } 
                    else
                    { 
                        for (int i = 0; i < followCount; i++)
                            resultList[invocationCount + i] = followList[i];
                    }
                } 
                return NewMulticastDelegate(resultList, resultCount, true);
            } 
        }

  再來具體看一下Remove()方法的底層實現代碼，RemoveAll和Remove兩個方法為System.Delegate類型中，CombineImpl方法在MulticastDelegate重寫。

public static Delegate RemoveAll(Delegate source, Delegate value) 
        {
            Delegate newDelegate = null; 

            do
            {
                newDelegate = source; 
                source = Remove(source, value);
            } 
            while (newDelegate != source); 

            return newDelegate; 
        }

[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        public static Delegate Remove(Delegate source, Delegate value)
        {
            if (source == null) 
                return null;
 
            if (value == null) 
                return source;
 
            if (!InternalEqualTypes(source, value))
                throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTypeMis"));

            return source.RemoveImpl(value); 
        }

[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        protected override sealed Delegate RemoveImpl(Delegate value)
        {             MulticastDelegate v = value as MulticastDelegate; 

            if (v == null) 
                return this; 
            if (v._invocationList as Object[] == null)
            { 
                Object[] invocationList = _invocationList as Object[];
                if (invocationList == null)
                {
                    if (this.Equals(value))
                        return null; 
                } 
                else
                { 
                    int invocationCount = (int)_invocationCount;
                    for (int i = invocationCount; --i >= 0; )
                    {
                        if (value.Equals(invocationList[i])) 
                        {
                            if (invocationCount == 2) 
                            { 
                                return (Delegate)invocationList[1-i]; 
                            }
                            else
                            {
                                Object[] list = DeleteFromInvocationList(invocationList, invocationCount, i, 1); 
                                return NewMulticastDelegate(list, invocationCount-1, true);
                            } 
                        } 
                    }
                } 
            }
            else
            {
                Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; 
                if (invocationList != null) {
                    int invocationCount = (int)_invocationCount; 
                    int vInvocationCount = (int)v._invocationCount; 
                    for (int i = invocationCount - vInvocationCount; i >= 0; i--)
                    { 
                        if (EqualInvocationLists(invocationList, v._invocationList as Object[], i, vInvocationCount))
                        {
                            if (invocationCount - vInvocationCount == 0)
                            { 
                                return null; 
                            } 
                            else if (invocationCount - vInvocationCount == 1)
                            { 
                                return (Delegate)invocationList[i != 0 ? 0 : invocationCount-1];
                            }
                            else 
                            {
                                Object[] list = DeleteFromInvocationList(invocationList, invocationCount, i, vInvocationCount); 
                                return NewMulticastDelegate(list, invocationCount - vInvocationCount, true); 
                            }
                        } 
                    }
                }
            }
 
            return this;
        }

 在以上的代碼中，我們了解到了在.NET底層是如何實現委托實例的綁定和刪除綁定。

  在調用委托實例時，所有的操作都是順序執行的。如果調用具有一個非void的返回類型，則調用的返回值是最后一個操作的返回值。如果調用列表中任何操作拋出異常，都會阻止執行后續的操作。

   在上面提到了委托列表中出現非void實例調用，如果委托實例中出現多個非void調用，并且需要獲取所有的委托實例的返回值結果，那么應該如何操作，在.NET紅提供了一個方法GetInvocationList()，用于獲取委托鏈表。

  接下來具體了解一下GetInvocationList()的底層代碼：

[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        public override sealed Delegate[] GetInvocationList()
        {
            Delegate[] del;
            Object[] invocationList = _invocationList as Object[];
            if (invocationList == null)
            { 
                del = new Delegate[1];
                del[0] = this; 
            } 
            else
            { 
                int invocationCount = (int)_invocationCount;
                del = new Delegate[invocationCount]; 

                for (int i = 0; i < invocationCount; i++) 
                    del[i] = (Delegate)invocationList[i]; 
            }
            return del; 
        }

 當獲取到委托實例列表后，可采用循環迭代的方式，依次獲取每個委托實例的返回值。

   再來了解一個屬性Method，具體看一下此屬性的底層實現代碼：

public MethodInfo Method 
        {
            get
            {
                return GetMethodImpl(); 
            }
        } 
 
        [System.Security.SecuritySafeCritical] 
        protected virtual MethodInfo GetMethodImpl() 
        {
            if ((_methodBase == null) || !(_methodBase is MethodInfo))
            {
                IRuntimeMethodInfo method = FindMethodHandle(); 
                RuntimeType declaringType = RuntimeMethodHandle.GetDeclaringType(method);
                if (RuntimeTypeHandle.IsGenericTypeDefinition(declaringType) || RuntimeTypeHandle.HasInstantiation(declaringType)) 
                {
                    bool isStatic = (RuntimeMethodHandle.GetAttributes(method) & MethodAttributes.Static) != (MethodAttributes)0; 
                    if (!isStatic)
                    {
                        if (_methodPtrAux == (IntPtr)0)
                        { 
                            Type currentType = _target.GetType(); 
                            Type targetType = declaringType.GetGenericTypeDefinition(); 
                            while (currentType != null)
                            { 
                                if (currentType.IsGenericType &&
                                    currentType.GetGenericTypeDefinition() == targetType)
                                {
                                    declaringType = currentType as RuntimeType; 
                                    break;
                                } 
                                currentType = currentType.BaseType; 
                            }

                            BCLDebug.Assert(currentType != null || _target.GetType().IsCOMObject, "The class hierarchy should declare the method"); 
                        }
                        else 
                        { 
                            MethodInfo invoke = this.GetType().GetMethod("Invoke"); 
                            declaringType = (RuntimeType)invoke.GetParameters()[0].ParameterType;
                        }
                    }
                } 
                _methodBase = (MethodInfo)RuntimeType.GetMethodBase(declaringType, method);
            } 
            return (MethodInfo)_methodBase; 
        }

   以上是System.Delegate類中的定義，接下來看一下MulticastDelegate重寫：

[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        protected override MethodInfo GetMethodImpl()
        { 
            if (_invocationCount != (IntPtr)0 && _invocationList != null) 
            {
                Object[] invocationList = _invocationList as Object[];
                if (invocationList != null)
                {
                    int index = (int)_invocationCount - 1; 
                    return ((Delegate)invocationList[index]).Method;
                } 
                MulticastDelegate innerDelegate = _invocationList as MulticastDelegate; 
                if (innerDelegate != null)
                { 
                    return innerDelegate.GetMethodImpl();
                }
            } 
            else if (IsUnmanagedFunctionPtr())
            { 
                if ((_methodBase == null) || !(_methodBase is MethodInfo)) 
                {
                    IRuntimeMethodInfo method = FindMethodHandle();
                    RuntimeType declaringType = RuntimeMethodHandle.GetDeclaringType(method);
                    if (RuntimeTypeHandle.IsGenericTypeDefinition(declaringType) || RuntimeTypeHandle.HasInstantiation(declaringType)) 
                    { 
                        RuntimeType reflectedType = GetType() as RuntimeType; 
                        declaringType = reflectedType;
                    }
                    _methodBase = (MethodInfo)RuntimeType.GetMethodBase(declaringType, method);
                } 
                return (MethodInfo)_methodBase;
            } 
            return base.GetMethodImpl(); 
        }

  以上是對委托的相關定義，以及有關委托的一些操作方法的說明，沒有具體指出如何去創建和使用委托，因為委托的簡單創建和一般應用，對于大部分開發者來說是相對較為簡單的，因為微軟在不斷的對C#的語法進行提升和修改，極大的簡化了對應的操作。但是正是由于在應用層做了較大的封裝，這也會導致特性在底層的復雜度慢慢的增大。