把委托说透(2):深入理解委托

上一篇随笔中我们通过示例逐步引入了委托,并比较了委托和接口。本文将重点剖析委托的实质。

委托在本质上仍然是一个类,我们用delegate关键字声明的所有委托都继承自System.MulticastDelegate。后者又是继承自System.Delegate类,System.Delegate类则继承自System.Object。委托既然是一个类,那么它就可以被定义在任何地方,即可以定义在类的内部,也可以定义在类的外部。

正如很多资料上所说的,委托是一种类型安全的函数回调机制, 它不仅能够调用实例方法,也能调用静态方法,并且具备按顺序执行多个方法的能力。

委托揭秘

把委托说透(1)中可以看到,委托的使用其实是很简单的。尽管如此,其内部实现仍然相当复杂。.NET强大的编译器和CLR掩盖了这种复杂性。

为了解释方便,我们把(1)中的委托代码复制在下面,并做一处小小的改动,将LogToTextFile设置为实例方法。

namespace DelegateSample
{

    public delegate void Log(string message);

    class UserService
    {
        public Log LogDelegate { get; set; }

        public UserService() { }

        public void Register(User user)
        {
            if (user.Name == "Kirin")
            {
                LogDelegate("注册失败,已经包含名为" + user.Name + "的用户");
            }
            else
            {
                LogDelegate("注册成功!");
            }
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            User user = new User { Name = "Kirin", Password = "123" };
            UserService service = new UserService();
            service.LogDelegate = LogToConsole;
Program p = new Program(); service.LogDelegate += p.LogToTextFile; service.Register(user);
Console.ReadLine(); } static void LogToConsole(string message) { Console.WriteLine(message); } void LogToTextFile(string message) { using (StreamWriter sw = File.AppendText("log.txt")) { sw.WriteLine(message); sw.Flush(); sw.Close(); } } } }

打开Reflector反编译Log委托,可以看到Log类被编译为如下形式:

image

在上图中可以得出如下结论:

委托是一个类

可以很清晰的看出Log—>MulticastDelegate—>Delegate这种继承机制。

尽管委托继承自System.MulticastDelegate类,但我们并不能显示地声明一个继承自System.MulticastDelegate类的委托。委托必须使用delegate关键字声明,编译器会自动为我们生成继承代码。

由于委托继承自System.MulticastDelegate类,自然也继承MulticastDelegate类的字段、属性和方法。这些成员中,最重要的当属三个非公共字段,如下表所示:

字段名称 字段类型 描述
_target System.Object 该字段指明委托所调用的方法所在的实例类型。如果委托调用的为静态方法,该字段为null;如果为实例方法则为该方法所在的对象。
_methodPtr System.IntPtr 标识回调方法的指针。
_invocationList System.Object 在构建委托链时指向一个委托数组,在委托刚刚构建时通常为null。

由上表可以看出,每个委托对象实际上是对方法及其调用时操作的对象的封装。MulticastDelegate类还定义了两个只读公有实例属性:Target和Method,分别对应_target和_methodPtr。Target属性返回一个方法回调时操作的对象引用。如果是静态方法则返回null。Method属性返回一个标识回调方法的System.Reflection.MethodInfo对象。

编译器自动为委托创建了BeginInvoke、EndInvoke和Invoke三个方法

当我们在像调用普通的方法一样调用委托时,如

LogDelegate("注册失败,已经包含名为" + user.Name + "的用户");

这时实际上调用的是编译器自动生成的Invoke方法

LogDelegate.Invoke("注册失败,已经包含名为" + user.Name + "的用户");

使用IL DASM查看UserService的IL代码,可以验证以上结论,如下图所示:

image 在使用委托时,我们也可以显示调用Invoke方法(CLR 2.0)。

image

Invoke方法的参数和返回值与委托是一致的。在调用Invoke方法时,会使用_target和_methodPtr字段。

BeginInvoke和EndInvoke方法用来实现异步调用,本文在此不进行讨论。

委托链

委托链是一个委托的集合,它允许我们调用这个集合中的委托所代表的所有方法(对于有返回值的方法,委托链的返回值为链表中最后一个方法的返回值,本文后面会有详细介绍)。在Delegate类中定义了3个静态方法来帮助我们操作委托链。

public static Delegate Combine(params Delegate[] delegates);
public static Delegate Combine(Delegate a, Delegate b);
public static Delegate Remove(Delegate source, Delegate value);

要理解委托链,我们首先基于前面的例子,重新声明两个委托:logDel1和logDel2。

Log logDel1 = LogToConsole;
Program p = new Program();
Log logDel2 = p.LogToTextFile;

这两个委托的_target、_methodPtr和_invocationList值分别如下图所示:

image

构造委托链

然后,我们使用Combin方法来构造一个委托链:

Log logChain = null;
logChain = (Log)Delegate.Combine(logChain, logDel1);

由于logChain初始为null,在使用Combin方法构造委托链时,将返回另外一个参数logDel1,再将logDel1的引用赋给logChain。这时logChain将指向logDel1所指向的对象。

image

接下来我们将logDel2也添加到logChain中来:

logChain = (Log)Delegate.Combine(logChain, logDel2);

此时,由于logChain已经不再是null,将重新构建一个新的委托对象。该委托对象的_target和_methodPtr字段与logDel2(第二个参数)相同,_invocationList字段将指向一个委托数组。该委托数组中包含两个元素,第一个元素(索引为0)指向封装了LogToConsole方法的委托(即logDel1指向的委托);第二个元素(索引为1)指向封装了LogToTextFile方法的委托(即logDel2指向的委托)。最后,将这个新创建的委托对象的引用赋给logChain。

image

若再将一个新的委托logDel3添加到委托链中,则仍然会构建一个新的委托对象,并将logDel3的引用添加到该委托对象_invocationList的末尾(此时链表共有3个元素)。然后,再将该委托对象的引用赋给logChain。而logChain之前指向的委托对象则等待垃圾回收

至此,委托链构造完毕,我们来看看如何执行委托链表中的委托。由于logChain仍然指向一个委托对象,因此执行委托链表的语法与执行委托是一样的:

logChain("执行委托链");

与普通的委托(如logDel1)所不同的是,logChain的_invocationList字段不为null。这时将首先遍历执行_invocationList中的所有委托。所执行的方法的顺序与添加的顺序一致,依次为LogToConsole、LogToTextFile。

委托Log的Invoke方法的实现用伪代码表示如下:

public void Invoke(string message)
{ 
    Delegate[] delegateSet = _InvocationList as Delegate[];
    if (delegateSet != null) 
    {
        // 如果委托数组不为空,则依次执行该委托数组中的委托
        foreach (Feedback d in delegateSet)
            d(value);
    } 
    else 
    {
        // 如果委托数组为空,则该委托不代表一个委托链
        // 按照正常方式执行该委托
        _methodPtr.Invoke(_target, value);
    }
}

 包含返回值的委托的Invoke实现如下,假设返回值为string:

public string Invoke(string message)
{
    string result = null;
    Delegate[] delegateSet = _InvocationList as Delegate[];
    if (delegateSet != null)
    {
        // 如果委托数组不为空,则依次执行该委托数组中的委托
        foreach (Feedback d in delegateSet)
            result = d(value);
    }
    else
    {
        // 如果委托数组为空,则该委托不代表一个委托链
        // 按照正常方式执行该委托
        result = _methodPtr.Invoke(_target, value);
    }
    return result;
}

可以看到在委托链中,返回值为链表中最后一个委托的返回值

那么如果对两个委托链调用Combine方法呢?

Log logChain = null;
Log logChain1 = null;
Log logChain2 = null;
logChain1 = (Log)Delegate.Combine(logChain1, logDel1);
logChain1 = (Log)Delegate.Combine(logChain1, logDel2);
logChain2 = (Log)Delegate.Combine(logChain2, logDel3;
logChain2 = (Log)Delegate.Combine(logChain2, logDel4;
logChain = (Log)Delegate.Combine(logChain1, logChain2);

最终的结果是,logChain的_target和_methodPtr均与logDel4相同(确切地说,两个委托对象的_methodPtr字段并不相同,但Method属性是相同的),而_invocationList中委托的顺序依次为logDel1、logDel2、logDel3、logDel4。

综上所述,可以对Delegate.Combine(Delegate A, Delegate B)方法做如下总结:

1. 如果A和B均为null,则返回null。

2. 如果A或B一个为null而另一个不为null,则返回不为null的委托。

3. 如果A和B均不为null,返回一个新的委托,该委托

    (1)_target字段与B的_target字段的值相同

    (2)Method属性与B的Method属性的值相同

    (3)_invocationList字段为一个委托数组,该数组中委托的顺序为:A中_invacationList所指向的委托数组 + B中_invacationList所指向的委托数组。

移除委托链

Combine方法用来向委托链中添加一个委托,而Remove方法用来从委托链中移除一个委托。

logChain = (Log)Delegate.Remove(logChain, new Log(LogToConsole));

当调用Remove时,会遍历(倒序)第一个参数(logChain)中的中的委托列表(_invocationList字段), 找到与第二个参数(new Log(LogToConsole))的_target和_methodPtr字段相匹配的委托,并将其从委托列表中移除。返回值需分以下几种情况,为了描述方便,我们将logChain记为A,将new Log(LogToConsole)记为B。

1. 如果A为null,返回null。

2. 如果B为null,返回A。

3. 如果A的_invocationList为null,即不包含委托链,那么如果A本身与B匹配,则返回null,否则返回A。

4. 如果A的_invocationList中不包含与B匹配的委托,则返回A。

5. 如果A的_invocationList中包含与B匹配的委托,则从链表中移除B,然后

    (1)如果A的链表中只剩下一个委托,则返回该委托。

    (2)如果A的链表中还剩下多个委托,将重新构建一个新的委托R(R的_invocationList字段为A的_invocationList移除了B之后的链表),并返回R。

注意,Remove方法只移除源委托的_invocationList列表中第一个匹配的委托,要想移除所有匹配的委托,可以使用RemoveAll方法

有了委托链,在(1)中提出的第二个疑问就迎刃而解了。当用户希望使用多种日志记录方式的时候,使用委托链可以轻松地添加和删除某种日志记录方式,从而避免了人为地维护一个列表。

总结

本文首先介绍了委托的实质,委托是一个类,它继承自System.MulticastDelegate,而MulticastDelegate又继承自System.Delegate。然后重点剖析了委托链,讨论了如何创建和移除委托链。

在接下来的随笔中,我们将对.NET中委托的一个典型应用——事件,进行全面深入的介绍。

参考资料

CLR via C# 2nd Edition

posted @ 2009-08-28 09:56  麒麟.NET  阅读(...)  评论(...编辑  收藏