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.Neter所应该彻底了解的委托

ryzenWzd

发布于 2020-04-29 00:31:30

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本文将通过引出几个问题来,并且通过例子来剖析C#中的委托以及用法，做抛砖引玉的作用

对于委托我发现大部分人都有以下问题，或者可能在面试中遇过这样的：

委托是不是相当于C/C++的函数指针?
委托究竟是什么？
委托究竟是用来干嘛的？
委托跟匿名函数的区别？
委托与事件的关系?

我们先来声明和使用C++的函数指针：代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;

typedef int (*Foohandle)(int a,int b);

int fooMenthod(int a, int (*foohandle1)(int a,int b)) //回调函数
{
  return a + (*foohandle1)(2,3);//也可以写成foohandle1(2,3)
}

int add(int a,int b) {
  return a + b;
}

int multiply(int a, int b) {
  return a * b;
}

int main()
{
 Foohandle foohandle = add;
 int (*foohandle1)(int a, int b) = &add;
 cout << foohandle(2,3)<<endl;
 cout << foohandle1(2,3) << endl;
 cout << typeid(Foohandle).name() << endl;
 cout << typeid(foohandle).name()<<endl;
 cout << typeid(foohandle1).name() << endl;
 cout << fooMenthod(2, add)<<endl;
 cout << fooMenthod(2, multiply);
}

输出结果如下：

在代码中，我声明定义了两个函数add和multiply，然后用typedef方式声明了函数指针，接着我分别将add赋值给Foohandle这种函数指针类型的foohandle变量，然后用&add这种解地址的方式赋值给一个返回值为int，且带有两个参数的函数指针foohandle1，其中(*foohandle1)是函数名，最后我输出发现它们类型和输出都是一致的，再后面，我们定义了一个fooMenthod函数，返回值是int，且其中一个参数是函数指针，那么我再最后调用两次，分别将add和multiply函数，赋值给它，这时候add和multiply就是fooMenthod函数的回调函数，且此时输出结果会被两个函数内部不同实现所影响那么我们可以做个总结：

首先函数指针就是一个内存地址，指向函数的入口内存地址
当函数指针做一个函数的参数时，确实会起到一定解耦作用
函数指针很明显是类型不安全的

我们再来声明和使用委托：

public delegate int Foohandle(int a, int b);
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
 Foohandle foohandle = new Foohandle(add);
 Console.WriteLine(foohandle(2, 3));
 Console.WriteLine(foohandle.GetType().Name);
 Console.WriteLine(fooMenthod(2, add));
 Console.WriteLine(fooMenthod(2, multiply));
 Console.WriteLine($"foohandle所调用函数函数名:{foohandle.Method.Name}");
 Console.WriteLine($"foohandle所调用函数的返回值类型{foohandle.Method.ReturnType.ToString()}");
 Console.WriteLine("foohandle所调用函数参数类型以及参数名分别为:");
 Console.WriteLine($"Type:{foohandle.Method.GetParameters()[0].ParameterType},Name:{foohandle.Method.GetParameters()[0].Name}");
 Console.WriteLine($"Type:{foohandle.Method.GetParameters()[1].ParameterType},Name:{foohandle.Method.GetParameters()[1].Name}");
 Console.Read();
}

static int fooMenthod(int a, Foohandle foohandle) //传给参数函数的就是回调函数
{
 return a + foohandle(2, 3);
}

static int add(int a, int b)
{
 return a + b;
}

static int multiply(int a, int b)
{
 return a * b;
}
}

输出结果：

很明显，不管是声明和使用方式，都和c++那边一样，就连输出结果也差不多，但是很有意思的是，foohandle的类型是Foohandle，且我居然能从foohandle输出所调函数的一切信息，包括函数名，返回值，参数类型和参数名，而且和c++那边不同的是，我们没有直接操作内存地址，好像看起来是安全的？那么Foohandle类型又是什么？

委托是啥？

先来个例子：

namespace DelegateSample
{

  public delegate void FooHandle(int value);

  class Program
  {
     static void Main(string[] args)
     {
        FooHandle fooHandle = new FooHandle(multiply);
        fooHandle(3);
        Console.WriteLine($"fooHandle.Target:{fooHandle.Target},fooHandle.Method:{fooHandle.Method},fooHandle.InvocationListCount:{fooHandle.GetInvocationList().Count()}");
        Console.WriteLine("-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------");
        FooHandle fooHandle1 = new FooHandle(new Foo().Add);
        fooHandle1.Invoke(3);
        Console.WriteLine($"fooHandle1.Target:{fooHandle1.Target},fooHandle1.Method:{fooHandle1.Method},fooHandle1.InvocationListCount:{fooHandle1.GetInvocationList().Count()}");
        Console.Read();
     }

     static void multiply(int a)
     {
        Console.WriteLine(a*2);
     }
    }

   public class Foo
   {
      public void Add(int value)
      {  
        Console.WriteLine(value + 2);
      }
   }
}

我们看看输出的结果：

很明显，这里是一个最简单的委托声明，实例化初始化一个委托对象，然后调用的最简单的场景我们不关注输出的第一行，很明显，对象实例化后，可以访问其中的三个公开public的函数成员，分别是Target(object类型),Method(MethodInfo类型)，而GetInvocationList函数是一个返回值为一个Delegate[]的无参函数在上面代码，其实我还特地将委托FooHandle声明在Program类外面，其实在这里我们已经知道委托是什么了，实例化对象，且能够声明在类外面，其实它本质就是一个类，我们通过反编译来验证：

大概是这样，伪代码如下：

public class FooHandle: MulticastDelegate
{
  public FooHandle(object @object,IntPtr menthod);//构造方法

  void Invoke(int value)//调用委托，编译后公共语言运行时给delegate提供的特殊方法

  void EndInvoke(System.IAsyncResult asyncResult)// 编译后公共语言运行时给MulticastDelegate提供的特殊方法

  // 编译后公共语言运行时给MulticastDelegate提供的特殊方法
  void BeginInvoke(int value,System.AsyncCallback callback, object obj) 
}

我们可以看编译后FooHandle就是一个类，且继承MulticastDelegate，且继承链关系在msdn是这样的：

且我们发现上面公开的三个函数成员都来自于Delegate类，且编译后生成了几个公共运行时提供的特殊方法，Invoke方法我们很清楚，是来调用委托的，我们先来看看委托初始化后的情况，通过查看Delegate的源码，我们发现Delegate有两个构造函数：

1.委托对象初始化构造函数是实例函数：

[SecuritySafeCritical]
protected Delegate(object target, string method)
{
  if (target == null)
  {
    throw new ArgumentNullException("target");
  }
  if (method == null)
  {
    throw new ArgumentNullException("method");
  }
  if (!BindToMethodName(target, (RuntimeType)target.GetType(), method, (DelegateBindingFlags)10))
  {
    throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTargMeth"));
  }
}

2.委托对象初始化构造函数是静态函数：

[SecuritySafeCritical]
protected Delegate(Type target, string method)
{
  if (target == null)
  {
    throw new ArgumentNullException("target");
  }
  if (target.IsGenericType && target.ContainsGenericParameters)
  {
    throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_UnboundGenParam"), "target");
  }
  if (method == null)
  {
    throw new ArgumentNullException("method");
  }
  RuntimeType runtimeType = target as RuntimeType;
  if (runtimeType == null)
  {
    throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Argument_MustBeRuntimeType"), "target");
  }
  BindToMethodName(null, runtimeType, method, (DelegateBindingFlags)37);
}

最后共同调用的方法：

//调用CLR的内部代码
[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall)]
[SecurityCritical]
private extern bool BindToMethodName(object target, RuntimeType methodType, string method, DelegateBindingFlags flags);

虽然我们看不到BindToMethodName方法的实现，已经很明显了，委托对象初始化构造函数是静态函数传参进去BindToMethodName的第一个object的target参数为null，那我们大概把之前的伪代码的构造函数这么实现了：

伪代码部分：

internal object _target//目标对象;
internal IntPtr _methodPtr//目标方法;
internal IntPtr _methodPtrAux//用来判断Target是否为空;

//foolHandle的构造方法实现：
public FooHandle(object @object,IntPtr menthod)
{
  _methodPtr=menthod;//multiply
  _methodPtrAux=1;//只要不等于nul

}

//foolHandle1的构造方法实现：
public FooHandle(object @object,IntPtr menthod)
{
  _methodPtr=menthod//Add
  _methodPtrAux=0//为null
  _target=foo;

}

Delegate Target属性源代码部分：

[__DynamicallyInvokable]
public object Target
{
  [__DynamicallyInvokable]
  get
  {
    return GetTarget();
  }
}

[SecuritySafeCritical]
internal virtual object GetTarget()
{
  if (!_methodPtrAux.IsNull())
  {
    return null;
  }
  return _target;
}

而获取Method的方法就不展开了，就是通过反射来获取，那我们已经知道Target和Method属性究竟是怎么回事了，我们还发现没讲到GetInvocationList方法是怎么回事？我们知道委托是支持多播委托的，也就是大概这样，修改上述代码为：

namespace DelegateSample
{
   public delegate void FooHandle(int value);

   class Program
   {
      static void Main(string[] args)
      {
        FooHandle fooHandle = new FooHandle(multiply);
        fooHandle(3);
        Console.WriteLine($"fooHandle.Target:{fooHandle.Target},fooHandle.Method:{fooHandle.Method},fooHandle.InvocationListCount:{fooHandle.GetInvocationList().Count()}");
        Console.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------------------------------------------");
        FooHandle fooHandle1 = new FooHandle(new Foo().Add);
        fooHandle1.Invoke(3);
        Console.WriteLine($"fooHandle1.Target:{fooHandle1.Target},fooHandle1.Method:{fooHandle1.Method},fooHandle1.InvocationListCount:{fooHandle1.GetInvocationList().Count()}");
        Console.WriteLine();


        Console.WriteLine("--------------------------------------------------新增代码------------------------------------------------------");
        FooHandle fooHandle2 = new FooHandle(new Program().Minus);
        Console.WriteLine($"fooHandle2.Target:{fooHandle2.Target},fooHandle1.Method:{fooHandle2.Method},fooHandle1.InvocationListCount:{fooHandle2.GetInvocationList().Count()}");
        fooHandle2(2);
        Console.WriteLine("----------------------------------------------------------------------------------------------------------------");
        FooHandle fooHandle3 = null;
        fooHandle3 += fooHandle;
        fooHandle3 =(FooHandle)Delegate.Combine(fooHandle3,fooHandle1);//相当于fooHandle3+=fooHandle1；
        fooHandle3 += new Program().Minus;
        Console.WriteLine($"fooHandle3.Target:{fooHandle3.Target},fooHandle3.Method:{fooHandle3.Method},fooHandle3.InvocationListCount:{fooHandle3.GetInvocationList().Count()}");
        fooHandle3(2);
        foreach (var result in fooHandle3.GetInvocationList())
        {
           Console.WriteLine($"result.Target:{result.Target},result.Method:{result.Method},result.InvocationListCount:{result.GetInvocationList().Count()}");
        } 
        Console.Read();
    }


   private void Minus(int a)
   {
     Console.WriteLine(a-1);
   }

   static void multiply(int a)
   {
     Console.WriteLine(a * 2);
   }
 }

 public class Foo
 {
    public void Add(int value)
    {
       Console.WriteLine(value + 2);
    }
 }
}

输出结果是：

上面新增的代码，我声明了一个新的委托变量fooHandle3初始化为null，接着分别用三种不同的方式将委托或者函数加给fooHandle，之后输出后相当于分别按序调用输出了三个方法，而我们遍历其中的fooHandle3.GetInvocationList()委托数组，输出的也确实三个方法，但是注意到了没，我在fooHandle3 += new Program().Minus这段确实没有声明一个委托变量，我们可以注意到其中的(FooHandle)Delegate.Combine(fooHandle3,fooHandle1)这句，Combine很明显是需要两个委托变量的，查看编译后的代码我们可以得知到底发生了啥？ Il关键代码如下：

//fooHandle3 += fooHandle
IL_00f7: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate::Combine(class [mscorlib]System.Delegate,
class [mscorlib]System.Delegate)
IL_00fc: castclass DelegateSample.FooHandle
IL_0101: stloc.3
IL_0102: ldloc.3
IL_0103: ldloc.1
//fooHandle3 =(FooHandle)Delegate.Combine(fooHandle3,fooHandle1)
IL_0104: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate::Combine(class [mscorlib]System.Delegate,
class [mscorlib]System.Delegate)
IL_0109: castclass DelegateSample.FooHandle
IL_010e: stloc.3
IL_010f: ldloc.3
//new Program()
IL_0110: newobj instance void DelegateSample.Program::.ctor()
IL_0115: ldftn instance void DelegateSample.Program::Minus(int32)
//new FooHandle()新增了一个FooHandle委托变量
IL_011b: newobj instance void DelegateSample.FooHandle::.ctor(object,
native int)
//fooHandle3 += new Program().Minus 
IL_0120: call class [mscorlib]System.Delegate [mscorlib]System.Delegate::Combine(class [mscorlib]System.Delegate,
class [mscorlib]System.Delegate)

也就是三种不同方式都会被翻译为Combine方法，如果是直接+=函数这种情况,后台也会new一个委托变量，将方法赋值给该变量再加到fooHandle3，那么我们可以知道，最关键的核心代码就应该是Delegate.combine这个静态方法了，我们来看看源码是怎么回事： Delegate类的：

[__DynamicallyInvokable]
public static Delegate Combine(Delegate a, Delegate b)
{
   if ((object)a == null)
   {
     return b;
   }
   return a.CombineImpl(b);
}

protected virtual Delegate CombineImpl(Delegate d)
{
   throw new MulticastNotSupportedException(Environment.GetResourceString("Multicast_Combine"));
}

MulticastDelegate类的：

[SecurityCritical]
private object _invocationList;//委托链表

[SecurityCritical]
private IntPtr _invocationCount;

[SecuritySafeCritical]
protected sealed override Delegate CombineImpl(Delegate follow)
{
   if ((object)follow == null)
   {
      return this;
   }
   if (!Delegate.InternalEqualTypes(this, follow))
   {
     throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_DlgtTypeMis"));
   }
   MulticastDelegate multicastDelegate = (MulticastDelegate)follow;
   int num = 1;
   object[] array = multicastDelegate._invocationList as object[];
   if (array != null)
   {
       num = (int)multicastDelegate._invocationCount;
   }
   object[] array2 = _invocationList as object[];
   int num2;
   object[] array3;
   if (array2 == null)
   {
     num2 = 1 + num;
     array3 = new object[num2];
     array3[0] = this;
     if (array == null)
     {
        array3[1] = multicastDelegate;
     }
     else
     {
       for (int i = 0; i < num; i++)
       {
         array3[1 + i] = array[i];
       }
     }
     return NewMulticastDelegate(array3, num2);
    }
    int num3 = (int)_invocationCount;
    num2 = num3 + num;
    array3 = null;
    if (num2 <= array2.Length)
    {
       array3 = array2;
       if (array == null)
       {
           if (!TrySetSlot(array3, num3, multicastDelegate))
           {
             array3 = null;
           }
       }
       else
       {
         for (int j = 0; j < num; j++)
         {
            if (!TrySetSlot(array3, num3 + j, array[j]))
            {
               array3 = null;
               break;
            }
         }
       }
    }
    if (array3 == null)
    {
       int num4;
       for (num4 = array2.Length; num4 < num2; num4 *= 2)
       {
       }
       array3 = new object[num4];
       for (int k = 0; k < num3; k++)
       {
          array3[k] = array2[k];
       }
       if (array == null)
       {
          array3[num3] = multicastDelegate;
       }
       else
       {
          for (int l = 0; l < num; l++)
          {
             array3[num3 + l] = array[l];
          }
       }
     }
     return NewMulticastDelegate(array3, num2, thisIsMultiCastAlready: true);
   }

GetInvocationList方法的实现：

//Delgate类的
public virtual Delegate[] GetInvocationList()
{
   return new Delegate[1]
   {
     this
   };
}

//MulticastDelegate类的
public sealed override Delegate[] GetInvocationList()
{
   object[] array = _invocationList as object[];
   Delegate[] array2;
   if (array == null)
   {
     array2 = new Delegate[1]
     {
       this
     };
   }
   else
   {
     int num = (int)_invocationCount;
     array2 = new Delegate[num];
     for (int i = 0; i < num; i++)
     {
        array2[i] = (Delegate)array[i];
     }
   }
   return array2;
}

其实我们看到这里，就可以知道其中的一个最主要就是_invocationList变量，也就是当调用Combine的时候，会判断左边委托变量是否为空，如果为空，会返回右边的委托变量，不为空就会调用CombineImpl方法，以上面那个例子来说fooHandle3的_invocationList存储着所有附加到委托变量，包含对象本身，也就是为啥遍历fooHandle3.GetInvocationList，输出了三个附加到fooHandle3变量的委托变量，这里例子fooHandle3初始化为null，还有意思的是fooHandle3的Targt和Menthod属性是最后附加的那个委托变量的Target和Menthod，而当委托由返回值，也同理返回最后一个函数的返回值，那么fooHandle3大概的结构如下图：

我们到现在只用到+=，其实-=就是调用其Delegate.Remove方法，跟Combine方法作用相反，具体就不多概述看到这里我们终于可以回答一开头抛出的几个问题？

委托是不是相当于C/C++的函数指针?

很明显，不是的，从数据结构来说，c++函数指针表示一块指向函数的内存地址，它其实和直接写函数名没啥区别，因为我们调用函数时的函数名，也是函数入口地址，而委托却是个类，是一块托管内存，使用Invoke后它就会被clr释放了，它的函数成员能够存储所调函数的所有信息，这是函数指针没做到的,但是在某些特殊情况下，C++的函数指针就和委托一样，有兴趣的朋友可以去看下p/invoke方面知识

委托是什么？

委托本质是类，且支持多播委托的本质是维护一个私有的_invocationList委托链对象,+=和-=都是调用其静态方法Combine和Remove

委托是用来做啥的？

委托和c++函数指针一样，都可以作为函数中转器，在调用者和被调用者中起解耦作用，可作为函数的参数，当回调函数

委托跟匿名函数的区别？

我们先来声明和使用匿名函数：

public delegate int Foohandle(int a, int b);

Foohandle foohandle = delegate (int a, int b) { return a + b; };//匿名方法方式
Foohandle foohandle1= (a, b)=> a + b;//Lambda 表达式方式

foohandle.Invoke(2,2);//输出4
foohandle1.Invoke(2,2);//输出4

我们来看下msdn是怎么定义匿名函数的：

很明显，匿名函数只是个表达式，可以用来初始化委托的，而委托是个类，其实通过查看IL，后台都会实例化一个新的委托对象，并把该表达式作为函数赋给它

委托与事件的关系？

同样的我们来声明和使用事件：

public class Foo
{
   public delegate void Foohandel(int a, int b);

   public event Foohandel foohandle;

   public Foo()
   {
      foohandle = new Foohandel(add);
      foohandle(2,2);//在Foo里面可以直接调用事件
      Console.WriteLine($"{foohandle.Target},{foohandle.Method}");
   }

   public void excute(int a,int b)//公开给外部类调用事件的函数
   {
      foohandle?.Invoke(a,b);
   }

   private void add(int a, int b)
   {
      Console.WriteLine(a + b); 
   }
}

class Program
{
   static void Main(string[] args)
   {
      Foo foo = new Foo();
      //foo.foohandle = new Foo.Foohandel(multiply);编译不过，提示foo.foohandle只能出现再+=和-=左边
      foo.foohandle +=new Foo.Foohandel(multiply);
      foo.excute(2, 2); 
      Console.Read();
   }

   static void multiply(int a,int b)
   {
      Console.WriteLine(a * b); 
   }
}

输出结果：

4
EventSample.Foo,Void add(Int32, Int32)
4
4

我们发现，在Foo类里面，事件foohandle就是相当于委托，但是在外部，我们再program的main函数访问它时候，我们发现foohandle只能做+=或者-=，也不能访问其函数成员Target和Menthod，而我们只能通过调用excute函数去调用，这时候我们可以知道，Event其实是基于委托的，在内部类相当于委托，在外部就只能有委托的多播功能，其余都不能访问，其实我们想到，属性是不是这样。。。有兴趣的朋友可以去了解事件的原理，也是很有趣

最后的最后，我们还要谈下委托的一个功能：

委托的参数逆变和返回值的协变

由于委托也支持泛型委托，因此我们可以看看微软定义好的

public delegate void Action<in T>(T obj);//其中in表示逆变
public delegate TResult Func<out TResult>();//其中out表示协变

class Program
{
    static Action<object> action;
    static Func<string> func;
    static void Main(string[] args)
    {
       action = (object a) => { Console.WriteLine(a.ToString()); };
       Action<string> action1 = action;//参数逆变
       action("Hello!");


       func = () => { return "I am Func"; };
       Func<object> func1 = func;//返回值协变
       Console.WriteLine(func1()); 
       Console.ReadLine();
    }

}