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你所不知道的 C# 中的细节

hez2010 人气:0
## 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`。 ```csharp public class MyTask { public MyAwaiter GetAwaiter() { return new MyAwaiter(); } } public class MyAwaiter : 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(); 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` 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: ```csharp 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。 ```csharp class MyEnumerator { public T Current { get; private set; } public bool MoveNext() { throw new NotImplementedException(); } } class MyEnumerable { public MyEnumerator GetEnumerator() { throw new NotImplementedException(); } } class Program { public static void Main() { var x = new MyEnumerable(); 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`,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。 ```csharp class MyAsyncEnumerator { public T Current { get; private set; } public MyTask MoveNextAsync() { throw new NotImplementedException(); } } class MyAsyncEnumerable { public MyAsyncEnumerator GetAsyncEnumerator() { throw new NotImplementedException(); } } class Program { public static async Task Main() { var x = new MyAsyncEnumerable(); 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。 ```csharp 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。 ```csharp 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。 ```csharp 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]; } } ```

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