typedef struct 先声明后定义_C++模版和C#泛型求同存异录（二）typedef

（这篇文章有些复杂，请来回慢慢看）

typedef

C++语言中的typedef简直是个神奇的关键字，它的最简单的作用就是把一种类型重新命名，定义个别名。很像宏定义，但又不是。在编程中使用typedef目的一般有两个，一个是给变量定义一个易记且意义明确的新名字，另一个是简化一些比较复杂的类型声明。但在C++模版编程之中，它还有个非常巧妙的用处：类型之间的传递和约束！

C++ typedef

来看个例子（真的用的好开心）

template <class T>
class Matrix
{class Accessor{public:typedef T DATATYPE;}
}template <typename ACCESSOR>
class Scanner
{public:typedef typename ACCESSOR::DATATYPE DATATYPE;
}

一个简单的使用例子是这样的

typedef float DATATYPE;
Matrix<DATATYPE> data;    //数据源
Matrix<DATATYPE>::Accessor accessor(data); //访问器
Scanner<Matrix<DATATYPE>::Accessor> scanner(accessor) //检索器

请问Scanner::DATATYPE是什么数据类型？答案就是float！

也就是说，上面的案例之中，两个模版类的数据类型出现了传递，类型出现了相互依赖的关系。以上代码如果不做特殊设计，那么就只能写出这样的代码了

typedef float DATATYPE;
Matrix<DATATYPE> data;
Accessor<DATATYPE> accessor(data);
Scanner<DATATYPE> scanner(accessor)

逻辑是明白的，但是相互的依赖关系是要靠约定的，而不是代码本身能控制的。仅是typedef的巧妙使用，使得 T->Accessor::DATATYPE->Scanner::DATATYPE ,数据类型出现了传递行为。也就是说通过typedef，使的Scanner::DATATYPE,Matrix::Accessor::DATATYPE，DATATYPE,float都是相同的类型，只是别名不同而已。这些不同的别名拥有不同的语义，且存在相互依赖关系。

类型传递？

那么更加进一步问题来了，C#能做到这个吗？

首先C#没有typedef关键字，也没有typename关键字，所以似乎我们只能写出最直白的代码（忽略using关键字定义别名的功能，这个功能太弱）

class Matrix<T>
{class Accessor{Accessor(Matrix<T> matrix){}}
}
class Scanner<T>
{Scanner(Matrix<T>.Accessor accessor){}
}Matrix<float> data;
Accessor<float> accessor(data);
Scanner<float> scanner(accessor)

这样的代码显然只能依赖于程序员不能犯错，而从代码本身角度来说，也是缺乏一些类型约束功能。

当然似乎这样的代码也不会出错，因为C#是强类型的,如果我们这样写

Matrix<int> data;
Accessor<float> accessor(data); //会报错，会提示无法从Matrix<int>转换成Matrix<float>
Scanner<float> scanner(accessor)

但是我期望的代码至少是

Matrix<float> test = new Matrix<float>();
Matrix<float>.Accessor accessor(data);
Scanner<Matrix<float>.Accessor> scanner(accessor)

让我们把C++的设计思路直接用在C#版本

尝试过程跳过，我给出一个最接近的版本。用到关键字dynamic，where，不懂的同学请自己查下帮助文档。

public class AccessorBase
{public dynamic value;
}public class Matrix<T>
{public class Accessor : AccessorBase{public new T value;}
}public class Scanner<Accessor> where Accessor : AccessorBase
{public Scanner(Accessor accessor){value = accessor.value;}private dynamic value; public dynamic GetValue() { return value; }
}

简化过的测试代码如下

Matrix<float>.Accessor accessor = new Matrix<float>.Accessor();
accessor.value = (float)99.0;
Scanner<Matrix<float>.Accessor> scanner = new Scanner<Matrix<float>.Accessor>(accessor);
dynamic tmp =  scanner.GetValue(); //tmp的值为null,但是我希望是99.0

问题出在 value = accessor.value; 这一句代码中因为Accessor和AccessorBase的value只能保留一个。

不用where，那么accessor.value无法调用，除非使用反射。或者使用dynamic关键字

public Scanner(dynamic accessor)
{value = accessor.value;  //但accessor缺乏类型约束
}

反正我试了好久没有啥解决办法。回到C++的typedef功能 typedef

那么我们能在C#中模拟出来typedef吗，结论是可以！

直接上代码

public abstract class Typedef<T, TDerived> where TDerived : Typedef<T, TDerived>, new()
{private T _value;public static implicit operator T(Typedef<T, TDerived> t){return t == null ? default : t._value;}public static implicit operator Typedef<T, TDerived>(T t){return t == null ? default : new TDerived { _value = t };}
}

这是适合任何类型重定义的类。

class DATATYPE : Typedef<double, DATATYPE> { };
class SDATATYPE : Typedef<DATATYPE, SDATATYPE> { };

缺陷是DATATYPE和SDATATYPE是两个完全不同的类，因为C#是强类型。使用起来有些别扭

DATATYPE data = (DATATYPE)99.0;
SDATATYPE sdata = (SDATATYPE)(DATATYPE)99.0;

先忽略这一点，让我们看看前面的泛型代码该怎么改

默默测试两天之后，我发现，就算模拟了一个typedef的操作，依然还是做不到类型传递。

因为C#没法写出类似下面的代码

typedef typename ACCESSOR::DATATYPE DATATYPE;

typename ACCESSOR::DATATYPE是告诉C++编译器，ACCESSOR::DATATYPE是类型，虽然这个类型现在不知道是什么类型，但是就是个类型。然后C#可做不到这样的事情，所以只能是黑人问好脸了。

最后我又只能回到最初的代码，依赖于C#的强类型，保证在相互之间传递数据的时候，不会出错：

class Matrix<T>
{class Accessor{Accessor(Matrix<T> matrix){}}
}
class Scanner<T>
{Scanner(Matrix<T>.Accessor accessor){}
}Matrix<float> data;
Accessor<float> accessor(data);
Scanner<float> scanner(accessor)

后记

文章写完了，为了探索这个可能性，我大概花费了3-4个晚上的休息时间。虽然路是不通的，但也对C#泛型和C++的模板代码的设计思路更进一步了解了差异性。虽然这不算是什么成绩，但我还是把整个过程整理了一篇文章。

虽然Typedef 效果没有我设想的那么完美，但依然是一个很有效的typedef用法，特别可以支持任何Primitive类型，sealed class的继承操作,这一点还是值得一提的。

Github有个类似功能很小的C#库，叫LikeType，https://github.com/kleinwareio/LikeType 如果谁有兴趣可以仔细去看下，它也实现了类似的功能。

完

最后修改于2019-12-17日，首发于公众号：技术宅指北