自引用泛型模式分析

曾经有人问我这样一个问题：如何迫使子类提供无参构造函数。当时给出的答案是让子类实现这样一个接口。

    public interface IMustHaveParameterLessConstructor<T>
        where T : IMustHaveParameterLessConstructor<T>, new()
    {
    }

这种在泛型参数中引用自身的技法，还有个名字，叫做“Self-Referencing Generics”模式。这个技法在C++中已经被使用了20多年，只不过叫做Curiously Recurring Template。

这个技法可以用来实现不少有用的功能。比如为所有子类实现Singleton模式

     public class Singleton<T>
        where T : new()
    {
        private static readonly T instance = new T();
        public static T Instance
        {
            get { return instance; }
        }
    }

    public class Model : Singleton<Model>
    {
    }

下面谈谈这个技法的劣势。

首先，它影响代码的可读性，比如说用到这种程度的时候。

    public interface IComponent<T>
    { }

    public interface IComponentProvider<TComponent>
        where TComponent : IComponent<IComponentProvider<TComponent>>
    { }

    public interface IComponentProviderWorkaround<TComponent, TSelf>
        where TComponent : IComponent<TSelf>
        where TSelf : IComponentProviderWorkaround<TComponent, TSelf>
    { }

这就是自找麻烦了。别人读起来也会想骂人。

其次，这个技法其实是反面向对象的。如果你的类继承层次多于一层，就会产生问题。 

Eric Lippert在其博文《Curiouser and curiouser》中从继承关系的逻辑合理性的角度进行了分析。本质上讲，自引用泛型违反了里氏替换原则。下面节选了一些要点。

 It seems like an abuse of a mechanism rather than the modeling of a concept from the program's "business domain"

……

My advice is to think very hard before you implement this sort of curious pattern in C#; do the benefits to the customer really outweigh the costs associated with the mental burden you're placing on the code maintainers?

Eric文中的例子还是很温和的，至少没有导致什么编译错误或是警告。于是就被一些人无视了。

那么我来写个能出编译错误的例子。 

    public interface SoapArgs<out T>
        where T : SoapArgs<T>
    {
    }

    public class GenericSoapArgs<T> : SoapArgs<GenericSoapArgs<T>>
    {
    }

    public class DerivedGenericSoapArgs<T> : GenericSoapArgs<T>
    {
    }

这三个类(或接口)的关系很一目了然对吧。又有这样一个函数，负责把SoapArgs发出去。 

    public class SoapSender
    {
        public virtual void SendSoapArgs<T>(T args)
            where T : SoapArgs<T>
        {
        }
    }

也很简单对吧？逻辑上，这个函数可以接受前面两个类的实例对吧？可实际上，下面第二行代码会出编译错误。

new SoapSender().SendSoapArgs(new GenericSoapArgs<int>());
new SoapSender().SendSoapArgs(new DerivedGenericSoapArgs<int>());

错误信息是： 

The type 'DerivedGenericSoapArgs<int>' cannot be used as type parameter 'T' in the generic type or method 'SoapSender.SendSoapArgs<T>(T)'. There is no implicit reference conversion from 'DerivedGenericSoapArgs<int>' to 'SoapArgs< DerivedGenericSoapArgs<int>>'.

解决办法倒也算简单，让DerivedGenericSoapArgs自己再实现一遍SoapArgs接口就可以了——尽管它的父类已经实现了。