C#中的委托解析
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彭泽0902 发表于11个月前
C#中的委托解析
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    谈及到C#的基本特性,“委托”是不得不去了解和深入分析的一个特性。对于大多数刚入门的程序员谈到“委托”时,都会想到“将方法作为方法的参数进行传递”,很多时候都只是知道简单的定义,主要是因为“委托”在理解上有较其他特性比较难的地方。在本次说明中,不会将委托的简单声明和调用作为重点。

    “委托”不需要直接定义一个要执行的行为,而是将这个行为用某种方法“包含”在一个对象中。这个对象可以像其他任何对象那样使用。在该对象中,可以执行封装的操作。可以选择将委托看作之定义了一个方法的接口,将委托的实例看作实现了那个接口的对象。

    在“委托”的相关定义中,我们可以不难看出,“委托与方法“相比较于“接口与类”有着设计理念上的相似部分,产生的背景源于”设计原则“中的”开放-封闭原则“,”开放-封闭“原则:是说软件实体(类,模块,函数等等)应该可以扩展,但是不可修改。换一种说法可能更好的理解”对于扩展是开放的,对于更改是封闭的“,面对新的需求,对于程序的改动是通过增加新的代码进行的,而不是更改现有的代码。

   在C#中委托用delegate关键字定义,使用new操作符构造委托实例,采用传统的方法调用语法来回调函数(只是要用引用了委托对象的一个变量代替方法名)。在C#中,委托在编译的时候会被编译成类。对于委托的一个说明:委托是一个类,它定义了方法的类型,使得可以将方法当作另一个方法的参数来进行传递。委托类既可嵌套在一个类型中定义,也可以在全局范围内定义。由于委托是类,凡是可以定义类的地方,都可以定义委托。

  接下来我们来看一下”委托“的组成,需要满足的条件:

     1.声明委托类型。

     2.必须有一个方法包含了要执行的代码。

     3.必须创建一个委托实例。

     4.必须调用委托实例。

    接下来大致的了解一下上面所提出的4项条件:

     委托类型实际上只是参数类型的一个列表以及返回类型。规定了类型的实例能表示的操作。在调用一个委托实例的时候,必须保证使用的参数完全匹配,而且能以指定的方式使用返回值。对于委托实例的创建,取决于操作使用实例方法还是静态方法(如果操作是静态方法,指定类型名称就可以,如果是操作实例方法,需要先创建类型的实例)。对于委托的调用,可以直接调用委托的实例的方法就可以完成对应的操作。

    以上谈及了”委托“的定义和组成,接下来我们来了解一下如何将方法绑定到”委托“上,以及委托的合并和删除。

    可以将多个方法赋给同一个委托,委托实例实际有一个操作列表与之关联。在System.Delegate类型中提供了两个静态方法Combine()和Remove()负责委托实例的新增和删除操作。但是在我们的实际开发中,较多的采用-=和+=操作符。

  在FCL中,所有的委托类型都派生自MulticastDelegate,该类型在System.MulticastDelegate类型中。

   具体来看一下Combine()方法的底层实现代码:

[System.Runtime.InteropServices.ComVisible(true)] public static Delegate Combine(params Delegate[] delegates) { if (delegates == null || delegates.Length == 0) return null; Delegate d = delegates[0]; for (int i = 1; i < delegates.Length; i++) d = Combine(d,delegates[i]); return d; }
public static Delegate Combine(Delegate a, Delegate b) { if ((Object)a == null) 
                return b; return a.CombineImpl(b); } 

    以上两个方法为System.Delegate类型中,CombineImpl方法在MulticastDelegate重写。

[System.Security.SecuritySafeCritical]  
        protected override sealed Delegate CombineImpl(Delegate follow) { if ((Object)follow == null) 
                return this;
            if (!InternalEqualTypes(this, follow)) throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTypeMis")); MulticastDelegate dFollow = (MulticastDelegate)follow; Object[] resultList; int followCount = 1; Object[] followList = dFollow._invocationList as Object[]; if (followList != null) followCount = (int)dFollow._invocationCount; int resultCount; Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; if (invocationList == null) { resultCount = 1 + followCount; resultList = new Object[resultCount]; resultList[0] = this; if (followList == null) { resultList[1] = dFollow; } else { for (int i = 0; i < followCount; i++) resultList[1 + i] = followList[i]; } return NewMulticastDelegate(resultList, resultCount); } else { int invocationCount = (int)_invocationCount; resultCount = invocationCount + followCount; resultList = null; if (resultCount <= invocationList.Length) { resultList = invocationList; if (followList == null) { if (!TrySetSlot(resultList, invocationCount, dFollow)) resultList = null; } else { for (int i = 0; i < followCount; i++) { if (!TrySetSlot(resultList, invocationCount + i, followList[i])) { resultList = null; break; } } } } if (resultList == null) { int allocCount = invocationList.Length; while (allocCount < resultCount) allocCount *= 2; resultList = new Object[allocCount]; for (int i = 0; i < invocationCount; i++) resultList[i] = invocationList[i]; if (followList == null) { resultList[invocationCount] = dFollow; } else { for (int i = 0; i < followCount; i++) resultList[invocationCount + i] = followList[i]; } } return NewMulticastDelegate(resultList, resultCount, true); } } 

   再来具体看一下Remove()方法的底层实现代码,RemoveAll和Remove两个方法为System.Delegate类型中,CombineImpl方法在MulticastDelegate重写。:

public static Delegate RemoveAll(Delegate source, Delegate value) { Delegate newDelegate = null; do { newDelegate = source; source = Remove(source, value); } while (newDelegate != source); return newDelegate; }
[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        public static Delegate Remove(Delegate source, Delegate value) { if (source == null) return null; if (value == null) return source; if (!InternalEqualTypes(source, value)) throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTypeMis")); return source.RemoveImpl(value); }

[System.Security.SecuritySafeCritical] 
        protected override sealed Delegate RemoveImpl(Delegate value) {             MulticastDelegate v = value as MulticastDelegate; if (v == null) return this; if (v._invocationList as Object[] == null) { Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; if (invocationList == null) {
                    if (this.Equals(value)) return null; } else { int invocationCount = (int)_invocationCount; for (int i = invocationCount; --i >= 0; ) { if (value.Equals(invocationList[i])) { if (invocationCount == 2) { 
                                return (Delegate)invocationList[1-i]; } else { Object[] list = DeleteFromInvocationList(invocationList, invocationCount, i, 1); return NewMulticastDelegate(list, invocationCount-1, true); } } } } } else { Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; if (invocationList != null) { int invocationCount = (int)_invocationCount; int vInvocationCount = (int)v._invocationCount; for (int i = invocationCount - vInvocationCount; i >= 0; i--) { if (EqualInvocationLists(invocationList, v._invocationList as Object[], i, vInvocationCount)) { if (invocationCount - vInvocationCount == 0) { 
                                return null; } else if (invocationCount - vInvocationCount == 1) { 
                                return (Delegate)invocationList[i != 0 ? 0 : invocationCount-1]; } else { Object[] list = DeleteFromInvocationList(invocationList, invocationCount, i, vInvocationCount); return NewMulticastDelegate(list, invocationCount - vInvocationCount, true); } } } } } return this; } 

  在以上的代码中,我们了解到了在.NET底层是如何实现委托实例的绑定和删除绑定。

  在调用委托实例时,所有的操作都是顺序执行的。如果调用具有一个非void的返回类型,则调用的返回值是最后一个操作的返回值。如果调用列表中任何操作抛出异常,都会阻止执行后续的操作。

   在上面提到了委托列表中出现非void实例调用,如果委托实例中出现多个非void调用,并且需要获取所有的委托实例的返回值结果,那么应该如何操作,在.NET红提供了一个方法GetInvocationList(),用于获取委托链表。

  接下来具体了解一下GetInvocationList()的底层代码:

 [System.Security.SecuritySafeCritical] public override sealed Delegate[] GetInvocationList() { Delegate[] del; Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; if (invocationList == null) { del = new Delegate[1]; del[0] = this; } else { 
                int invocationCount = (int)_invocationCount; del = new Delegate[invocationCount]; for (int i = 0; i < invocationCount; i++) del[i] = (Delegate)invocationList[i]; } return del; }

   当获取到委托实例列表后,可采用循环迭代的方式,依次获取每个委托实例的返回值。

   再来了解一个属性Method,具体看一下此属性的底层实现代码:

public MethodInfo Method { get { return GetMethodImpl(); } } [System.Security.SecuritySafeCritical] 
        protected virtual MethodInfo GetMethodImpl() { if ((_methodBase == null) || !(_methodBase is MethodInfo)) { IRuntimeMethodInfo method = FindMethodHandle(); RuntimeType declaringType = RuntimeMethodHandle.GetDeclaringType(method);
                if (RuntimeTypeHandle.IsGenericTypeDefinition(declaringType) || RuntimeTypeHandle.HasInstantiation(declaringType)) { bool isStatic = (RuntimeMethodHandle.GetAttributes(method) & MethodAttributes.Static) != (MethodAttributes)0; if (!isStatic) { if (_methodPtrAux == (IntPtr)0) { 
                            Type currentType = _target.GetType(); Type targetType = declaringType.GetGenericTypeDefinition(); while (currentType != null) { if (currentType.IsGenericType && currentType.GetGenericTypeDefinition() == targetType) { declaringType = currentType as RuntimeType; break; } currentType = currentType.BaseType; } 
                            BCLDebug.Assert(currentType != null || _target.GetType().IsCOMObject, "The class hierarchy should declare the method"); } else { 
                            MethodInfo invoke = this.GetType().GetMethod("Invoke"); declaringType = (RuntimeType)invoke.GetParameters()[0].ParameterType; } } } _methodBase = (MethodInfo)RuntimeType.GetMethodBase(declaringType, method); } return (MethodInfo)_methodBase; }

    以上是System.Delegate类中的定义,接下来看一下MulticastDelegate重写:

 [System.Security.SecuritySafeCritical] protected override MethodInfo GetMethodImpl() { if (_invocationCount != (IntPtr)0 && _invocationList != null) {
                Object[] invocationList = _invocationList as Object[]; if (invocationList != null) { int index = (int)_invocationCount - 1; return ((Delegate)invocationList[index]).Method; } MulticastDelegate innerDelegate = _invocationList as MulticastDelegate; if (innerDelegate != null) { 
                    return innerDelegate.GetMethodImpl(); } } else if (IsUnmanagedFunctionPtr()) { 
                if ((_methodBase == null) || !(_methodBase is MethodInfo)) { IRuntimeMethodInfo method = FindMethodHandle(); RuntimeType declaringType = RuntimeMethodHandle.GetDeclaringType(method);
                    if (RuntimeTypeHandle.IsGenericTypeDefinition(declaringType) || RuntimeTypeHandle.HasInstantiation(declaringType)) { 
                        RuntimeType reflectedType = GetType() as RuntimeType; declaringType = reflectedType; } _methodBase = (MethodInfo)RuntimeType.GetMethodBase(declaringType, method); } return (MethodInfo)_methodBase; } 
            return base.GetMethodImpl(); }

   以上是对委托的相关定义,以及有关委托的一些操作方法的说明,没有具体指出如何去创建和使用委托,因为委托的简单创建和一般应用,对于大部分开发者来说是相对较为简单的,因为微软在不断的对C#的语法进行提升和修改,极大的简化了对应的操作。但是正是由于在应用层做了较大的封装,这也会导致特性在底层的复杂度慢慢的增大。

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