你所不知道的C#中的细节

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。

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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：

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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];
}
}

给类型实现解构

如何给一个类型实现解构呢？其实只需要写一个名字为 Deconstruct() 的方法，并且参数都是 out 的即可。

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class MyDeconstruct
{
private int A => 1;
private int B => 2;
public void Deconstruct(out int a, out int b)
{
a = A;
b = B;
}
}

class Program
{
public static void Main()
{
var x = new MyDeconstruct();
var (o, u) = x;
}
}

不是只有实现了 IEnumerable 才能用 LINQ

LINQ 是 C# 中常用的一种集成查询语言，允许你这样写代码：

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from c in list where c.Id > 5 select c;

但是上述代码中的 list 的类型不一定非得实现 IEnumerable，事实上，只要有对应名字的扩展方法就可以了，比如有了叫做 Select 的方法就能用 select，有了叫做 Where 的方法就能用 where。

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class Just : Maybe
{
private readonly T value;
public Just(T value) { this.value = value; }

public override Maybe Select(Func> f) => f(value);
public override string ToString() => $"Just {value}";
}

class Nothing : Maybe
{
public override Maybe Select(Func> _) => new Nothing();
public override string ToString() => "Nothing";
}

abstract class Maybe
{
public abstract Maybe Select(Func> f);

public Maybe SelectMany(Func> k, Func s)
=> Select(x => k(x).Select(y => new Just(s(x, y))));

public Maybe Where(Func, bool> f) => f(this) ? this : new Nothing();
}

class Program
{
public static void Main()
{
var x = new Just(3);
var y = new Just(7);
var z = new Nothing();

var u = from x0 in x from y0 in y select x0 + y0;
var v = from x0 in x from z0 in z select x0 + z0;
var just = from c in x where true select c;
var nothing = from c in x where false select c;
}
}