代码改变世界

从.NET中委托写法的演变谈开去(上):委托与匿名方法

2009-08-05 12:50 Jeffrey Zhao 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

在《关于最近面试的一点感想》一文中,Michael同学谈到他在面试时询问对方“delegate在.net framework1.1,2.0,3.5各可以怎么写”这个问题。于是乎,有朋友回复道“请问楼主,茴香豆的茴有几种写法”,“当代孔乙己”,独乐,众乐。看了所有的评论,除了某些朋友认为“的确不该不知道这个问题”之外,似乎没有什么人在明确支持楼主。

不过我支持,为什么?因为我也提过出这样的问题。

这样,我们暂且不提应聘“高级开发人员”的人,在“自称熟悉各版本.NET框架”的前提下,是否应该知道这个答案。我们也暂且不提Michael同学提问的“目的”是什么。老赵就先单独针对这个问题进行解释,然后谈谈自己为什么会提出这个问题吧。

可能有一件事情需要说在前面,那就是:委托本身其实从来没有改变过,改变的一直都是委托的“写法”。因此更确切地说,改变的只是“编译器”。而本文所有内容都用C#来实现,其实谈得也都是C#编译器本身——但是其实VB.NET也有变化啊。再由于.NET版本和C#版本的关系也是非常密切的,因此全文就使用.NET版本进行指代了。

.NET 1.x中委托的写法

委托,如果不追究细节,从表面上来看我们可以将其通俗地理解为一个安全的“函数指针”。当然,这个函数指针其实也是一个对象,有自己的成员,也会封装了被调用方的上下文等等。至于委托的定义和使用方式,则是这样的:

public delegate int SomeDelegate(string arg1, bool arg2);

public static int SomeMethod(string arg1, bool arg2) { return 0; }

public class SomeClass
{
    public int SomeMethod(string a1, bool a2) { return 0; }

    public event SomeDelegate SomeEvent;
}

static void Main(string[] args)
{
    SomeClass someClass = new SomeClass();
    SomeDelegate someDelegate = new SomeDelegate(someClass.SomeMethod);

    someClass.SomeEvent += new SomeDelegate(SomeMethod);
}

可见,在.NET 1.x中需要使用new DelegateType(...)的方式来创建一个委托对象。不过,作为委托对象内部的方法它既可以是实例方法,也可以是静态方法。此外,方法只需要匹配委托类型的签名和返回值即可,方法参数的名称不会成为约束。

嗯,就是这么简单。

.NET 2.0中委托的写法

.NET中的委托引入了范型,且写法略有简化:

public delegate TResult MyFunc<T1, T2, TResult>(T1 a1, T2 a2);

public static int SomeMethod(string a1, bool a2) { return 0; }

static void Main(string[] args)
{
    MyFunc<string, bool, int> myFunc = SomeMethod;
}

在.NET 2.0中,new DelegateType已经可以省略,开发人员可以直接将方法赋值给一个委托对象的引用。当然,这个改进不值一提,.NET 2.0中委托写法的关键在于引入了“匿名方法”:

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    request.BeginGetResponse(delegate(IAsyncResult ar)
    {
        using (WebResponse response = request.EndGetResponse(ar))
        {
            Console.WriteLine("{0}: {1}", url, response.ContentLength);
        }
    },
    null);
}

匿名方法,简单地说就是内联在方法内部的委托对象,它的关键便在于形成了一个闭包(委托执行时所需的上下文)。如上面的代码中,BeginGetResponse的第一个参数(委托)可以直接使用TestRequest方法的参数url,以及方法内的“局部”变量request。如果没有匿名函数这个特性的话,代码写起来就麻烦了,例如在.NET 1.x中您可能就必须这么写:

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此时,我们往往会发现,开发人员需要花费大量的精力,为一小部分代码维护一大段上下文。例如在这段代码中,我们会将url和request对象塞入一个object数组中,在回调函数中再通过危险的Cast操作恢复数据。如果您希望“强类型”,那么只能为每个回调创建一个新的上下文对象,维护起来可能更加麻烦——要知道,在并行编程,异步调用越来越重要的今天,如果没有匿名方法自动保留上下文的特性,开发人员会为这些“额外工作”疲于奔命的。

可能您会说,匿名方法的可读性不佳,因为需要“内联”。一个方法中内联太多,维护成本就上去了,所以匿名方法并不推荐使用。我想说的是,您错了。如果为了可维护性,要将方法独立拆开,也可以利用匿名方法的优势:

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    request.BeginGetResponse(delegate(IAsyncResult ar)
    {
        TestAsyncCallback(ar, request, url);
    }, null);
}

public static void TestAsyncCallback(IAsyncResult ar, WebRequest request, string url)
{
    using (WebResponse response = request.EndGetResponse(ar))
    {
        Console.WriteLine("{0}: {1}", url, response.ContentLength);
    }
}

如果借助.NET 3.5中的Lambda表达式,代码可以写的更简单易读:

public static void TestRequest(string url)
{
    WebRequest request = HttpWebRequest.Create(url);
    request.BeginGetResponse(ar => TestAsyncCallback(ar, request, url), null);
}

匿名方法的作用

千万不要小看匿名方法的作用,有些时候您认为它的作用仅限于上文描述,只是因为没有在某些问题上踏前一步。例如,对于那些只需要“按需创建”,且要“线程安全”的对象,您会怎么做呢?没错,可以使用Double Check:

private object m_mutex = new object();
private bool m_initialized = false;
private BigInstance m_instance = null;

public BigInstance Instance
{
    get
    {
        if (!this.m_initialized)
        {
            lock (this.m_mutex)
            {
                if (!this.m_initialized)
                {
                    this.m_instance = new BigInstance();
                    this.m_initialized = true;
                }
            }
        }

        return this.m_instance;
    }
}

嗯,做的很漂亮!那么……这样的属性再来一个,再来三个,再来五个呢?可能有些朋友就会开始大段地Copy & Paste,于是错误便难免了。这里有一件真人真事,以前某位同学在一堆这样的代码中迷茫了,说为什么用了这种方法,还是初始化了多次对象了?检查了半天没有看出问题来。最后发现,原因是访问了错误的initialized变量(例如,在某个应该访问artistInitialized的地方访问了articleInitialized)。可惜,大段时间已经被浪费了——更糟的是,心情也随之变差了。

其实,Copy & Paste很明显没有遵守DRY原则啊。为什么不把它们封装在一处呢?例如:

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于是,之前的代码就可以简化成这样了:

private Lazy<BigInstance> m_lazyInstance =
    new Lazy<BigInstance>(delegate { return new BigInstance(); });

public BigInstance Instance { get { return this.m_lazyInstance.Value; } }

还是太丑,上Lambda表达式!

private Lazy<BigInstance> m_lazyInstance =
    new Lazy<BigInstance>(() => new BigInstance());
public BigInstance Instance { get { return this.m_lazyInstance.Value; } }

如果没有匿名方法,许多容易使用的编程模型和方式都难以开展。例如,我们就不会有CacheHelper,也不会有AsyncTaskDispatcher(上),也很难利用“延迟”所带来的便利,更难以出现微软并行扩展、CCR等优秀框架。可以这么说,如果您不善于使用委托,您如果不知道如何合适地使用匿名方法,您在不自知的情况下可能就已经编写了大量额外的代码了。

老赵平时的工作之一,便是为项目提供各种扩展API,可以让程序员们更愉快地进行开发工作,得到更好的生产力,让代码变得更加美好。如今C#有了匿名方法、Lambda表达式、表达式树、扩展方法等优秀的语言特性,真让我有“如鱼得水”的感觉。因此,我对于Java这样不思进取的语言可以说深恶痛绝(Java朋友们赶快学习Scala吧)。在看阅读大量Java开源项目代码时,我常有这样的感觉:“如果是C#的话,利用匿名方法,这个类不就可以不写,那个类就可以省略……”。没错,为了保留回调函数的上下文而创建一些类,对于C#程序员来说,的确是一件有些不可思议的事情。

至于Lambda表达式以及其他话题,我们下次再说吧。

匿名方法的缺点

匿名方法的优势在于自动形成闭包,而它的缺点也是让程序员“不自觉”地创建了闭包,这会让某些对象的生命周期加长。例如在一开始的TestRequest方法中,表面上看起来url是参数,request是局部变量,有些朋友可能会认为它们在方法退出后就已经准备回收了。不过因为形成了闭包,url和request已经“升级”为一个对象的域变量,它的生命周期延长了,延长至回调函数执行完毕。因此,一不注意可能就会产生一些莫名其妙的情况

其实,这些都是“延迟”所带来的陷阱,作为一个优秀的开发人员,除了知道某个东西的作用和优势,也要知道它的问题,不是吗?

总结

您现在还觉得.NET中的“委托”是一个简单的,只适合“初学者”,一搜就都知道的概念吗?

您可能会说“是”,不过对我来说这真不简单,我也是慢慢才意识到这些的。虽然关于委托的大量内容可以在互联网上搜索而来,但还是有太多东西是需要在大量编程实践中积累下来的——等一下,这不就是“高级开发人员”和“初学者”的主要区别之一吗?

嘲笑孔乙己的朋友们,你们在一味鄙视“茴”的四种写法的同时,说不定也失去了一个了解中国传统文化的机会呢!

剩下的下次再说吧,Lambda表达式还等着我们。

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