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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