C# 编程语言的未来功能 2

2024-07-21 02:25:03

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供稿：网友

声明约束
在 c# 中，程序可以为泛型类中声明的每个类型参数提供可选约束列表。约束表示要将一个类型构造成泛型所必须满足的要求。可以使用 where 关键字声明约束，该关键字后跟“参数-要求”对，其中“参数”必须是泛型中定义的某个参数，“要求”必须是类或接口。

为了满足在 dictionary 类中使用 compareto 方法的需要，程序可以对 keytype 类型参数添加约束，要求传递给 dictionary 类作为第一个参数的任何类型都必须实现 icomparable 接口，例如：

public class dictionary<keytype, valtype> where keytype : icomparable
{
   public void add(keytype key, valtype val)
   {
      ...
      switch(key.compareto(x))
      {
      }
      ...
   }
}
这样，编译代码时就会检查代码，以确保程序每次使用 dictionary 类时，作为第一个参数传递的类型都实现了 icomparable 接口。此外，程序在调用 compareto 方法之前，再也无需将变量显式转换为 icomparable 接口了。

多重约束

对于任何给定的类型参数，程序可以为其指定任意多个接口约束，但最多只能指定一个类约束。每个新约束都以另一个“参数-要求”对的形式进行声明，并且给定的泛型的每个约束都用逗号分隔。以下示例中的 dictionary 类包含两种参数，keytype 和 valtype。keytype 类型参数有两个接口约束，而 valtype 类型参数有一个类约束：

public class dictionary<keytype, valtype> where
keytype : icomparable,
keytype : ienumerable,
valtype : customer
{
   public void add(keytype key, valtype val)
   {
      ...
      switch(key.compareto(x))
      {
      }
      ...
   }
}
运行时的泛型
泛型类的编译方法与常规类的编译方法几乎没有差别。事实上，编译结果只不过是元数据和中间语言 (il)。当然，为了接受代码中用户提供的类型，应对 il 进行参数化。根据提供的类型参数是值类型还是引用类型，泛型的 il 的用法会有所不同。

当将值类型作为参数首次构造泛型时，运行时将使用提供的参数替换 il 中的相应位置来创建一个专用的泛型。针对每个用作参数的唯一值类型，将一次性创建专用的泛型。

例如，假设程序代码声明了一个由整数构造的 stack：

stack<int> stack;
此时，运行时将生成一个专用的 stack 类，并用整数替换此类的相应参数。现在，无论程序代码何时使用整数 stack，运行时都将重复使用生成的专用 stack 类。以下示例将创建整数 stack 的两个实例，每个实例均使用由此整数 stack 的运行时所生成的代码来创建：

stack<int> stackone = new stack<int>();
stack<int> stacktwo = new stack<int>();
但是，如果在程序代码中的其他位置又创建了一个 stack 类，并使用不同的值类型（例如长整型或用户定义的结构）作为其参数，则运行时将生成其他形式的泛型，而这时会替换 il 相应位置中的长整型参数。为使用值类型构造的泛型创建专用类的优点是可以获得更好的性能。毕竟每个专用的泛型类都是在“本地”包含值类型，因此不必再进行转换。

泛型与引用类型的工作方式稍有不同。首次使用任何引用类型构造泛型时，运行时用对象引用替换 il 中的参数来创建专用的泛型。之后，每当使用引用类型作为参数实例化构造的类型时，无论构造的是何种类型，运行时都会重复使用先前创建的专用泛型。

例如，假设有两个引用类型，customer 类和 order 类，并进一步假设您创建了 customer 类型的 stack：

stack<customer> customers;
此时，运行时将生成专用 stack 类，该类并不存储数据，而是存储随后填充的对象引用。假设下一行代码创建了一个其他引用类型的 stack，称为 order：

stack<order> orders = new stack<order>();
与值类型不同，没有为 order 类型创建另一个专用的 stack 类，而是创建了专用 stack 类的实例并设置 orders 变量来引用它。对于替换类型参数的每个对象引用，按照 order 类型的大小分配内存空间，并将指针设置为引用该内存位置。假设您随后遇到了一行用于创建 customer 类型的 stack 的代码：

customers = new stack<customer>();
同上一个使用 order 类型创建的 stack 类一样，创建了专用 stack 类的另一个实例，并将其中包含的指针设置为引用 customer 类型大小的内存区域。由于不同的程序在引用类型的数量上存在着很大差异，因此泛型的 c# 实现通过将引用类型的数量减少到编译器为引用类型的泛型类创建的专用类数量，大大降低了代码的膨胀速度。

此外，当使用类型参数（无论是值类型还是引用类型）实例化泛型 c# 类时，可以在运行时使用反射和实际类型进行查询，并且可以确定其类型参数。

c# 泛型与其他实现之间的差异

c++ 模板与 c# 泛型存在着显著的差别。c# 泛型被编译成 il，这使得在运行时会智能地为每个值类型创建相应的专用类型，而为引用类型只会创建一次专用类型；c++ 模板实际上是代码扩展宏，它为提供给模板的每个类型参数生成一个专用类型。因此，当 c++ 编译器遇到模板（例如整数 stack）时，它会将模板代码扩展为 stack 类并将整数作为该类本身的类型包含在其中。无论类型参数是值类型还是引用类型，如果不专门设计链接器来降低代码膨胀速度，c++ 编译器每次都会创建一个专用类，从而导致比使用 c# 泛型更显著的代码膨胀速度。

而且，c++ 模板不能定义约束。c++ 模板只能通过使用一个成员（可能属于也可能不属于类型参数），隐式定义约束。如果最终传递给泛型类的类型参数中存在该成员，程序将正常运行。否则，程序将失败，并可能返回隐藏的错误信息。由于 c# 泛型可以声明约束，并且具有严格的类型，因此不存在这些潜在的错误。

现在，sun microsystems® 已经在新版本的 java 语言（代码名称为“tiger”）中添加了其他的泛型。sun 选择的实现不需要修改 java 虚拟机。因此，sun 面临着如何在未修改的虚拟机上实现泛型的问题。

提出的 java 实现使用与 c++ 中的模板和 c# 中的泛型类似的语法，包括类型参数和约束。然而，由于它处理值类型与处理引用类型的方式不一样，因此未修改的 java 虚拟机不支持值类型的泛型。因此，java 中的泛型无法得到有效的执行。事实上，java 编译器会在需要返回数据时，从指定的约束（如果声明了）或基本对象类型（如果未声明约束）插入自动向下的类型转换。此外，java 编译器将在运行时生成一个专用类型，然后使用它实例化任何构造类型。最后，由于 java 虚拟机本身不支持泛型，因此无法在运行时确定泛型实例的类型参数，而且反射的其他用途也会受到严重限制。

其他语言中的泛型支持
microsoft 的目标是在 visual j#(tm)、visual c++ 和 visual basic 中支持使用和创建泛型。尽管不同语言实现此功能的时间有早有晚，但 microsoft 的所有其他三种语言都将包含对泛型的支持。同时，c# 小组正努力在泛型的基础运行时中加入相应的功能，为实现多语言支持奠定基础。microsoft 与第三方语言合作伙伴紧密协作，以确保在基于 .net 的语言中创建和使用泛型。

迭代程序
迭代程序是基于研究语言中的类似功能（例如 clu、sather 和 icon）而构造的语言。简单说来，通过迭代程序，类型可轻松地声明 foreach 语句对其元素进行迭代的方式。

为什么需要迭代程序
现在，如果类需要使用 foreach 循环结构支持迭代操作，则它们必须实现“枚举器模式”。例如，编译器将左侧的 foreach 循环结构扩展为右侧的 while 循环结构：

list list = ...;
foreach(object obj in list)
{
dosomething(obj);
}

enumerator e = list.getenumerator();
while(e.movenext())
{
   object obj = e.current;
   dosomething(obj);

值得注意的是，为了使 foreach 循环能够正常运行，list 数据结构（所迭代的实例）必须支持 getenumerator 函数。创建 list 数据结构后，必须实现 getenumerator 函数，以返回 listenumerator 对象：

public class list
{
   internal object[] elements;
   internal int count;

   public listenumerator getenumerator()
   {
      return new listenumerator(this);
   }
}
所创建的 listenumerator 对象不仅必须实现 current 属性和 movenext 方法，而且还必须维护其内部状态，以便程序在每次执行该循环时都可以移到下一项。此内部状态机对于 list 数据结构而言比较简单，但对于需要递归循环的数据结构（例如二叉树）来说，该状态机将相当复杂。

由于实现此枚举器模式需要开发人员投入大量的精力并编写大量代码，因此 c# 包含一种新的结构，使得类可以轻松地指示 foreach 循环对其内容进行迭代的方式。

定义迭代程序
由于迭代程序是 foreach 循环结构的逻辑对应物，因此其定义方式类似于函数：使用 foreach 关键字并在后面带有一对圆括号。在以下示例中，程序将为 list 类型声明一个迭代程序。迭代程序的返回类型由用户决定，但是由于 list 类内部存储的是对象类型，因此以下迭代程序示例的返回类型为对象：

public class list
{
   internal object[] elements;
   internal int count;

   public object foreach()
   {
   }
}
值得注意的是，实现枚举器模式后，程序需要维护内部状态机以便跟踪程序在数据结构中的位置。迭代程序具有内置状态机。使用新的 yield 关键字，程序可以将值返回到调用该迭代程序的 foreach 语句。当 foreach 语句下次循环并再次调用迭代程序时，此迭代程序将在上一个 yield 语句停止的位置开始执行。在以下示例中，程序将生成三个字符串类型：

public class list
{
   internal object[] elements;
   internal int count;

   public string foreach()
   {
      yield "microsoft";
      yield "corporation";
      yield "developer division";
   }
}
在以下示例中，调用此迭代程序的 foreach 循环将执行三次，每次都会按照前三个 yield 语句指定的顺序接收字符串：

list list = new list();
foreach(string s in list)
{
console.writeline(s);
}
如果要让程序实现迭代程序以遍历列表中的元素，则需要使用 foreach 循环修改此迭代程序使其遍历元素数组，并在每次迭代中产生数组中的每个项目：

public class list
{
   internal object[] elements;
   internal int count;

   public object foreach()
   {
      foreach(object o in elements)
      {
         yield o;
      }
   }
}
迭代程序的工作原理
迭代程序代表所在的程序处理实现枚举器模式的日常操作。c# 编译器将您在迭代程序中编写的代码转换成使用枚举器模式的相应类和代码，而无需创建类和建立状态机。通过这种方式，迭代程序显著提高了开发人员的工作效率。

匿名方法
匿名方法是另一种实用的语言结构，它使程序员能够创建可装箱在委托中、并且可在以后执行的代码块。它们基于称作 λ 函数的语言概念，并且类似于 lisp 和 python 中的对应语言概念。

创建委托代码
委托是引用方法的对象。调用委托时，将调用它所引用的方法。以下示例举例说明了一个简单的窗体，其中包含列表框、文本框和按钮三个控件。初始化按钮时，程序将指示其 click 委托引用该对象中其他位置存储的 addclick 方法。在 addclick 方法中，文本框的值存储在列表框中。由于 addclick 方法被添加到按钮实例的 click 委托中，因此每次单击该按钮时都将调用此方法。

public class myform
{
   listbox listbox;
   textbox textbox;
   button button;

   public myform()
   {
listbox = new listbox(...);
textbox = new textbox(...);
button = new button(...);
button.click += new eventhandler(addclick);
}

   void addclick(object sender, eventargs e)
   {
      listbox.items.add(textbox.text);
   }
}
使用匿名方法
上一个示例非常直观。其中创建了一个单独的函数，并对其进行了委托引用，每当调用此委托时，程序都会调用该函数。在该函数中，执行了一系列的可执行步骤。使用匿名方法，程序无需为该类创建整个新方法，而可以直接引用委托中包含的可执行步骤。匿名方法的声明方法是先实例化一个委托，然后在实例化语句之后加上一对表示执行范围的花括号，最后加上一个用于终止语句的分号。

在以下示例中，程序修改委托创建语句以直接修改列表框，而不是引用代表程序来修改该列表框的函数。存储代码的目的是为了修改委托创建语句之后的执行范围中的列表框。

public class myform
{
   listbox listbox;
   textbox textbox;
   button button;

   public myform()
   {
listbox = new listbox(...);
textbox = new textbox(...);
button = new button(...);
button.click += new eventhandler(sender, e)
{
         listbox.items.add(textbox.text);
};
}
}
请注意，“匿名”方法中的代码是如何访问和处理其执行范围以外声明的变量的。实际上，匿名方法可以引用由类和参数声明的变量，也可以引用所在方法声明的局部变量。

向匿名方法传递参数
有趣的是，“匿名”方法语句包含两个参数，即 sender 和 e。查看 button 类的 click 委托的定义，您会发现委托引用的任何函数都必须包含两个参数，第一个参数为对象类型，第二个参数为 eventargs 类型。在第一个示例中，程序未使用“匿名”方法，而是向 addclick 方法传递了两个参数，类型分别为对象和 eventargs。

即使以内联方式编写此代码，委托仍必须接收两个参数。在“匿名”方法中，必须声明两个参数的名称，这样关联的代码块才能使用它们。当触发按钮上的 click 事件时，将调用“匿名”方法并将相应的参数传递给该方法。

匿名方法的工作原理
遇到“匿名”委托时，c# 编译器会自动将其执行范围内的代码转换为唯一命名类中的唯一命名函数。然后将设置存储代码块的委托，以引用编译器生成的对象和方法。调用委托时，将通过编译器生成的方法执行“匿名”方法块。

局部类型
尽管在单个文件中维护类型的所有源代码是面向对象编程的好方法，但有时性能约束会使得类型变大。此外，在某些情况下将类型分割成子类型所耗费的开销是无法让人接受的。而且，程序员经常会创建或使用应用程序来发布源代码和修改结果代码。遗憾的是，当再次发布源代码时，所有现有的源代码修改将被覆盖。

局部类型允许您将包含大量源代码的类型分割成多个不同的源文件，以便于开发和维护。此外，局部类型可用于将计算机生成的类型部分与用户编写的类型部分分隔开，从而更易于补充或修改工具生成的代码。

在以下示例中，两个 c# 代码文件 file1.cs 和 file2.cs 中都定义了名为 foo 的类。如果不使用局部类型，将会出现编译错误，因为这两个类存在于同一个命名空间中。使用 partial 关键字，可以指示编译器：别处可能包含此类的其他定义。

file1.cs file2.cs
public partial class foo
{
public void myfunction()
{
// 在此处执行操作
}
}

public partial class foo
{
   public void myotherfunction()
   {
      // 在此处执行操作
   }
}

编译时，c# 编译器将收集局部类型的所有定义并将它们组合在一起。编译器生成的结果 il 显示了组合而成的单个类，而不是将多个类分别作为单独的类进行连续显示。

符合标准
2001 年 12 月，欧洲计算机制造商协会 (ecma) 将 c# 编程语言批准为一项标准 (ecma 334)。此后不久，c# 标准便得到国际标准化组织 (iso) 的快速跟踪处理，预计很快就会得到批准。c# 标准的创建是新编程语言发展史中的重要里程碑，它预示着未来有望在各种操作系统平台上编写多种实现。实际上，我们从其简短的历史中可以看到，许多第三方编译器供应商和研究人员已经将它当作标准来实现并创建了自己的 c# 编译器版本。

microsoft 欢迎客户对在 c# 语言中添加上面提到的功能提供反馈意见，并打算将这些功能提交给正在进行的语言标准化进程。

可用性
下面介绍的功能将在 c# 编译器的未来版本中实现。2003 年年初，visual studio .net 的“everett”版本将包含为完全符合 ecma 标准而略作修改的 c# 版本。此版本不包含本文介绍的功能。microsoft 打算在 visual studio 的“vs for yukon”版本中包含这些功能，但具体的发布日期还未确定。

在接下来的几个月中，microsoft 将发布有关这些功能的详细信息，包括所有规范。欢迎广大程序员和语言设计团体就这些功能以及任何其他感兴趣的语言功能提出自己的看法和反馈。您可以将电子邮件发送到 mailto:[email protected]，与 c# 语言设计人员取得联系。

更多信息
c# community web 站点：http://www.csharp.net

visual c#(tm) product web 站点：http://msdn.microsoft.com/vcsharp

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