C#中的9个“黑魔法”与“骚操作”

我们知道 C#是非常先进的语言，因为是它很有远见的“语法糖”。这些“语法糖”有时过于好用，导致有人觉得它是 C#编译器写死的东西，没有道理可讲的——有点像“黑魔法”。

那么我们可以看看 C#这些高级语言功能，是编译器写死的东西（“黑魔法”），还是可以扩展（骚操作）的“鸭子类型”。

我先列一个目录，大家可以对着这个目录试着下判断，说说是“黑魔法”（编译器写死），还是“鸭子类型”（可以自定义“骚操作”）：

LINQ操作，与 IEnumerable<T>类型；
async/await，与 Task/ ValueTask类型；
表达式树，与 Expression<T>类型；
插值字符串，与 FormattableString类型；
yieldreturn，与 IEnumerable<T>类型；
foreach循环，与 IEnumerable<T>类型；
using关键字，与 IDisposable接口；
T?，与 able<T>类型；
任意类型的 Index/Range泛型操作。

1. `LINQ`操作，与 `IEnumerable<T>`类型

不是“黑魔法”，是“鸭子类型”。

LINQ是 C# 3.0发布的新功能，可以非常便利地操作数据。现在 12年过去了，虽然有些功能有待增强，但相比其它语言还是方便许多。

如我上一篇博客提到， LINQ不一定要基于 IEnumerable<T>，只需定定义一个类型，实现所需要的 LINQ表达式即可， LINQ的 select关键字，会调用 .Select方法，可以用如下的“骚操作”，实现“移花接木”的效果：

voidMain()
{
var query =
from i innew F()
select3;

Console.WriteLine(string.Join(",", query));// 0,1,2,3,4
}

class F
{
publicIEnumerable<int>Select<R>(Func<int, R> t)
{
for(var i =0; i <5;++i)
{
yieldreturn i;
}
}
}

2. `async/await`，与 `Task`/ `ValueTask`类型

不是“黑魔法”，是“鸭子类型”。

async/await发布于 C# 5.0，可以非常便利地做异步编程，其本质是状态机。

async/await的本质是会寻找类型下一个名字叫 GetAwaiter()的接口，该接口必须返回一个继承于 INotifyCompletion或 ICriticalNotifyCompletion的类，该类还需要实现 GetResult()方法和 IsComplete属性。

这一点在 C#语言规范中有说明，调用 awaitt本质会按如下顺序执行：

先调用 t.GetAwaiter()方法，取得等待器 a；
调用 a.IsCompleted取得布尔类型 b；
如果 b=true，则立即执行 a.GetResult()，取得运行结果；
如果 b=false，则看情况：
如果 a没实现 ICriticalNotifyCompletion，则执行 (aasINotifyCompletion).OnCompleted(action)
如果 a实现了 ICriticalNotifyCompletion，则执行 (aasICriticalNotifyCompletion).OnCompleted(action)
执行随后暂停， OnCompleted完成后重新回到状态机；

有兴趣的可以访问 Github具体规范说明：https://github.com/dotnet/csharplang/blob/master/spec/expressions.md#runtime-evaluation-of-await-expressions

正常 Task.Delay()是基于 线程池计时器的，可以用如下“骚操作”，来实现一个单线程的 TaskEx.Delay()：

staticActionTick=;

voidMain()
{
Start();
while(true)
{
if(Tick!=)Tick();
Thread.Sleep(1);
}
}

asyncvoidStart()
{
Console.WriteLine("执行开始");
for(int i =1; i <=4;++i)
{
Console.WriteLine($"第{i}次，时间：{DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss")} - 线程号：{
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
awaitTaskEx.Delay(1000);
}
Console.WriteLine("执行完成");
}

classTaskEx
{
publicstaticMyDelayDelay(int ms)=>newMyDelay(ms);
}

classMyDelay:INotifyCompletion
{
privatereadonlydouble _start;
privatereadonlyint _ms;

publicMyDelay(int ms)
{
 _start =Util.ElapsedTime.TotalMilliseconds;
 _ms = ms;
}

internalMyDelayGetAwaiter()=>this;

publicvoidOnCompleted(Action continuation)
{
Tick+=Check;

voidCheck()
{
if(Util.ElapsedTime.TotalMilliseconds- _start > _ms)
{
 continuation();
Tick-=Check;
}
}
}

publicvoidGetResult(){}

publicboolIsCompleted=>false;
}

运行效果如下：

执行开始
第1次，时间：17:38:03-线程号：1
第2次，时间：17:38:04-线程号：1
第3次，时间：17:38:05-线程号：1
第4次，时间：17:38:06-线程号：1
执行完成

注意不需要非得使用 TaskCompletionSource<T>才能创建定定义的 async/await。

3. 表达式树，与 `Expression<T>`类型

是“黑魔法”，没有“操作空间”，只有当类型是 Expression<T>时，才会创建为表达式树。

表达式树是 C# 3.0随着 LINQ一起发布，是有远见的“黑魔法”。

如以下代码：

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

会被编译器翻译为：

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

4. 插值字符串，与 `FormattableString`类型

是“黑魔法”，没有“操作空间”。

插值字符串发布于 C# 6.0，在此之前许多语言都提供了类似的功能。

只有当类型是 FormattableString，才会产生不一样的编译结果，如以下代码：

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

编译器生成结果如下：

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

注意其本质是调用了 FormattableStringFactory.Create来创建一个类型。

5. `yieldreturn`，与 `IEnumerable<T>`类型；

是“黑魔法”，但有补充说明。

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

因此，如果想用 C#来模拟 C++/ Java的 generator<T>的行为，会比较简单：

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)
yieldreturn i;
}

yieldreturn——“迭代器”发布于 C# 2.0。

6. `foreach`循环，与 `IEnumerable<T>`类型

是“鸭子类型”，有“操作空间”。

foreach不一定非要配合使用 IEnumerable<T>类型，只要对象存在 GetEnumerator()方法即可：

voidMain()
{
foreach(var i innew F())
{
Console.Write(i +", ");// 1, 2, 3, 4, 5,
}
}

class F
{
publicIEnumerator<int>GetEnumerator()
{
for(var i =0; i <5;++i)
{
yieldreturn i;
}
}
}

另外，如果对象实现了 GetAsyncEnumerator()，甚至也可以一样使用 awaitforeach异步循环：

asyncTaskMain()
{
awaitforeach(var i innew F())
{
Console.Write(i +", ");// 1, 2, 3, 4, 5,
}
}

class F
{
publicasyncIAsyncEnumerator<int>GetAsyncEnumerator()
{
for(var i =0; i <5;++i)
{
awaitTask.Delay(1);
yieldreturn i;
}
}
}

awaitforeach是 C# 8.0随着 异步流一起发布的，具体可见我之前写的《代码演示C#各版本新功能》。

7. `using`关键字，与 `IDisposable`接口

是，也不是。

引用类型和正常的 值类型用 using关键字，必须基于 IDisposable接口。

但 refstruct和 IAsyncDisposable就是另一个故事了，由于 refstruct不允许随便移动，而引用类型——托管堆，会允许内存移动，所以 refstruct不允许和 引用类型产生任何关系，这个关系就包含继承 接口——因为 接口也是 引用类型。

但释放资源的需求依然存在，怎么办，“鸭子类型”来了，可以手写一个 Dispose()方法，不需要继承任何接口：

void S1Demo()
{
using S1 s1 =new S1();
}

refstruct S1
{
publicvoidDispose()
{
Console.WriteLine("正常释放");
}
}

同样的道理，如果用 IAsyncDisposable接口：

asyncTask S2Demo()
{
awaitusing S2 s2 =new S2();
}

struct S2 :IAsyncDisposable
{
publicasyncValueTaskDisposeAsync()
{
awaitTask.Delay(1);
Console.WriteLine("Async释放");
}
}

8. `T?`，与 `able<T>`类型

是“黑魔法”，只有 able<T>才能接受 T?， able<T>作为一个 值类型，它还能直接接受值（正常 值类型不允许接受值）。

示例代码如下：

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

生成代码如下（ int?与 able<int>完全一样，跳过了编译失败的代码）：

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

9. 任意类型的 `Index/Range`泛型操作

有“黑魔法”，也有“鸭子类型”——存在操作空间。

Index/Range发布于 C# 8.0，可以像 Python那样方便地操作索引位置、取出对应值。以前需要调用 Substring等复杂操作的，现在非常简单。

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

生成代码如下：

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

可见， C#编译器忽略了 Index/Range，直接翻译为调用 Substring了。

但数组又不同：

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

生成代码如下：

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

可见它确实创建了 Range类型，然后调用了 RuntimeHelpers.GetSubArray<int>，完全属于“黑魔法”。

但它同时也是“鸭子”类型，只要代码中实现了 Length属性和 Slice(int,int)方法，即可调用 Index/Range：

var range2 =new F()[2..];
Console.WriteLine(range2);// 2 -> -2

class F
{
publicintLength{get;set;}
publicIEnumerable<int>Slice(int start,intend)
{
yieldreturn start;
yieldreturnend;
}
}

生成代码如下：

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

总结

如上所见， C#的“黑魔法”确实挺多，但“鸭子类型”也有很多，“骚操作”的“操作空间”很大。

据传 C# 9.0将添加“鸭子类型”的元祖—— TypeClasses，到时候“操作空间”肯定比现在更大，非常期待！

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C#中的9个“黑魔法”与“骚操作”

C#中的9个“黑魔法”与“骚操作”

1. `LINQ`操作，与 `IEnumerable<T>`类型

2. `async/await`，与 `Task`/ `ValueTask`类型

3. 表达式树，与 `Expression<T>`类型

4. 插值字符串，与 `FormattableString`类型

5. `yieldreturn`，与 `IEnumerable<T>`类型；

6. `foreach`循环，与 `IEnumerable<T>`类型

7. `using`关键字，与 `IDisposable`接口

8. `T?`，与 `able<T>`类型

9. 任意类型的 `Index/Range`泛型操作

总结

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1. LINQ操作，与 IEnumerable<T>类型

2. async/await，与 Task/ ValueTask类型

3. 表达式树，与 Expression<T>类型

4. 插值字符串，与 FormattableString类型

5. yieldreturn，与 IEnumerable<T>类型；

6. foreach循环，与 IEnumerable<T>类型

7. using关键字，与 IDisposable接口

8. T?，与 able<T>类型

9. 任意类型的 Index/Range泛型操作

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5. `yieldreturn`，与 `IEnumerable<T>`类型；

6. `foreach`循环，与 `IEnumerable<T>`类型

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9. 任意类型的 `Index/Range`泛型操作