C#中“黑魔法”是什么

小編給大家分享一下C#中“黑魔法”是什么，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

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”）：

1. LINQ操作，與IEnumerable<T>類型；

2. async/await，與Task/ValueTask類型；

3. 表達式樹，與Expression<T>類型；

4. 插值字符串，與FormattableString類型；

5. yield return，與IEnumerable<T>類型；

6. foreach循環，與IEnumerable<T>類型；

7. using關鍵字，與IDisposable接口；

8. T?，與Nullable<T>類型；

9. 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。

• 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(a as INotifyCompletion).OnCompleted(action)
如果a實現了ICriticalNotifyCompletion，則執行(a as ICriticalNotifyCompletion).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

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. yield return，與IEnumerable<T>類型；

是“黑魔法”，但有補充說明。

yield return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;
}

yield return——“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await foreach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;
  }
 }
}

await foreach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ref struct和IAsyncDisposable就是另一個故事了，由于ref struct不允許隨便移動，而引用類型——托管堆，會允許內存移動，所以ref struct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 length3 = f.Length;
length = 2;
num = length3 - length;
string range2 = f.Slice(length, num);
Console.WriteLine(range2);

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——Type Classes，到時候“操作空間”肯定比現在更大，非常期待！

以上是“C#中“黑魔法”是什么”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道！