你所不知道的 C# 中的细节
前言
有一个东西叫做鸭子类型,所谓鸭子类型就是,只要一个东西表现得像鸭子那么就能推出这玩意就是鸭子。
C# 里面其实也暗藏了很多类似鸭子类型的东西,但是很多开发者并不知道,因此也就没法好好利用这些东西,那么今天我细数一下这些藏在编译器中的细节。
不是只有 Task
和 ValueTask
才能 await
在 C# 中编写异步代码的时候,我们经常会选择将异步代码包含在一个 Task
或者 ValueTask
中,这样调用者就能用 await
的方式实现异步调用。
西卡西,并不是只有 Task
和 ValueTask
才能 await
。Task
和 ValueTask
背后明明是由线程池参与调度的,可是为什么 C# 的 async
/await
却被说成是 coroutine
呢?
因为你所 await
的东西不一定是 Task
/ValueTask
,在 C# 中只要你的类中包含 GetAwaiter()
方法和 bool IsCompleted
属性,并且 GetAwaiter()
返回的东西包含一个 GetResult()
方法、一个 bool IsCompleted
属性和实现了 INotifyCompletion
,那么这个类的对象就是可以 await
的 。
因此在封装 I/O 操作的时候,我们可以自行实现一个 Awaiter
,它基于底层的 epoll
/IOCP
实现,这样当 await
的时候就不会创建出任何的线程,也不会出现任何的线程调度,而是直接让出控制权。而 OS 在完成 I/O 调用后通过 CompletionPort
(Windows) 等通知用户态完成异步调用,此时恢复上下文继续执行剩余逻辑,这其实就是一个真正的 stackless coroutine
。
public class MyTask<T>
{
public MyAwaiter<T> GetAwaiter()
{
return new MyAwaiter<T>();
}
}
public class MyAwaiter<T> : INotifyCompletion
{
public bool IsCompleted { get; private set; }
public T GetResult()
{
throw new NotImplementedException();
}
public void OnCompleted(Action continuation)
{
throw new NotImplementedException();
}
}
public class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
var obj = new MyTask<int>();
await obj;
}
}
事实上,.NET Core 中的 I/O 相关的异步 API 也的确是这么做的,I/O 操作过程中是不会有任何线程分配等待结果的,都是 coroutine
操作:I/O 操作开始后直接让出控制权,直到 I/O 操作完毕。而之所以有的时候你发现 await
前后线程变了,那只是因为 Task
本身被调度了。
UWP 开发中所用的 IAsyncAction
/IAsyncOperation<T>
则是来自底层的封装,和 Task
没有任何关系但是是可以 await
的,并且如果用 C++/WinRT 开发 UWP 的话,返回这些接口的方法也都是可以 co_await
的。
不是只有 IEnumerable
和 IEnumerator
才能被 foreach
经常我们会写如下的代码:
foreach (var i in list)
{
// ......
}
然后一问为什么可以 foreach
,大多都会回复因为这个 list
实现了 IEnumerable
或者 IEnumerator
。
但是实际上,如果想要一个对象可被 foreach
,只需要提供一个 GetEnumerator()
方法,并且 GetEnumerator()
返回的对象包含一个 bool MoveNext()
方法加一个 Current
属性即可。
class MyEnumerator<T>
{
public T Current { get; private set; }
public bool MoveNext()
{
throw new NotImplementedException();
}
}
class MyEnumerable<T>
{
public MyEnumerator<T> GetEnumerator()
{
throw new NotImplementedException();
}
}
class Program
{
public static void Main()
{
var x = new MyEnumerable<int>();
foreach (var i in x)
{
// ......
}
}
}
不是只有 IAsyncEnumerable
和 IAsyncEnumerator
才能被 await foreach
同上,但是这一次要求变了,GetEnumerator()
和 MoveNext()
变为 GetAsyncEnumerator()
和 MoveNextAsync()
。
其中 MoveNextAsync()
返回的东西应该是一个 Awaitable<bool>
,至于这个 Awaitable
到底是什么,它可以是 Task
/ValueTask
,也可以是其他的或者你自己实现的。
class MyAsyncEnumerator<T>
{
public T Current { get; private set; }
public MyTask<bool> MoveNextAsync()
{
throw new NotImplementedException();
}
}
class MyAsyncEnumerable<T>
{
public MyAsyncEnumerator<T> GetAsyncEnumerator()
{
throw new NotImplementedException();
}
}
class Program
{
public static async Task Main()
{
var x = new MyAsyncEnumerable<int>();
await foreach (var i in x)
{
// ......
}
}
}
ref struct
要怎么实现 IDisposable
众所周知 ref struct
因为必须在栈上且不能被装箱,所以不能实现接口,但是如果你的 ref struct
中有一个 void Dispose()
那么就可以用 using
语法实现对象的自动销毁。
ref struct MyDisposable
{
public void Dispose() => throw new NotImplementedException();
}
class Program
{
public static void Main()
{
using var y = new MyDisposable();
// ......
}
}
不是只有 Range
才能使用切片
C# 8 引入了 Ranges,允许切片操作,但是其实并不是必须提供一个接收 Range
类型参数的 indexer 才能使用该特性。
只要你的类可以被计数(拥有 Length
或 Count
属性),并且可以被切片(拥有一个 Slice(int, int)
方法),那么就可以用该特性。
class MyRange
{
public int Count { get; private set; }
public object Slice(int x, int y) => throw new NotImplementedException();
}
class Program
{
public static void Main()
{
var x = new MyRange();
var y = x[1..];
}
}
不是只有 Index
才能使用索引
C# 8 引入了 Indexes 用于索引,例如使用 ^1
索引倒数第一个元素,但是其实并不是必须提供一个接收 Index
类型参数的 indexer 才能使用该特性。
只要你的类可以被计数(拥有 Length
或 Count
属性),并且可以被索引(拥有一个接收 int
参数的索引器),那么就可以用该特性。
class MyIndex
{
public int Count { get; private set; }
public object this[int index]
{
get => throw new NotImplementedException();
}
}
class Program
{
public static void Main()
{
var x = new MyIndex();
var y = x[^1];
}
}
给类型实现解构
如何给一个类型实现解构呢?其实只需要写一个名字为 Deconstruct()
的方法,并且参数都是 out
的即可。
class MyDeconstruct
{
private int A => 1;
private int B => 2;
public void Deconstruct(out int a, out int b)
{
a = A;
b = B;
}
}
class Program
{
public static void Main()
{
var x = new MyDeconstruct();
var (o, u) = x;
}
}
不是只有实现了 IEnumerable
才能用 LINQ
LINQ
是 C# 中常用的一种集成查询语言,允许你这样写代码:
from c in list where c.Id > 5 select c;
但是上述代码中的 list
的类型不一定非得实现 IEnumerable
,事实上,只要有对应名字的扩展方法就可以了,比如有了叫做 Select
的方法就能用 select
,有了叫做 Where
的方法就能用 where
。
class Just<T> : Maybe<T>
{
private readonly T value;
public Just(T value) { this.value = value; }
public override Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f) => f(value);
public override string ToString() => $"Just {value}";
}
class Nothing<T> : Maybe<T>
{
public override Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> _) => new Nothing<U>();
public override string ToString() => "Nothing";
}
abstract class Maybe<T>
{
public abstract Maybe<U> Select<U>(Func<T, Maybe<U>> f);
public Maybe<V> SelectMany<U, V>(Func<T, Maybe<U>> k, Func<T, U, V> s)
=> Select(x => k(x).Select(y => new Just<V>(s(x, y))));
public Maybe<U> Where(Func<Maybe<T>, bool> f) => f(this) ? this : new Nothing<T>();
}
class Program
{
public static void Main()
{
var x = new Just<int>(3);
var y = new Just<int>(7);
var z = new Nothing<int>();
var u = from x0 in x from y0 in y select x0 + y0;
var v = from x0 in x from z0 in z select x0 + z0;
var just = from c in x where true select c;
var nothing = from c in x where false select c;
}
}
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