委托与方法和隐藏参数

之前正好发了些帖子是关于CLR里的委托的，然后看到老赵说事件也应该是对象才好，我想提一下委托与方法和隐藏参数的关系，以此来类比到“事件对象”。

在C++、Java、C#等支持面向对象编程的语言里，“静态方法”与“实例方法”有显著的不同。一方面，静态方法不是虚方法，不参与继承相关的多态（但是可以参与参数化多态——泛型），而实例方法可以是虚方法，可以通过继承和覆盖达到多态的目的；另一方面，静态方法不需要实例的信息，而实例方法需要跟实例来提供执行环境，因而需要一个隐藏参数，“this”。下文的讨论主要针对后一方面。

考虑这样一段Java代码：

public class Accumulator {
    private int value;
    
    public Accumulator(int initValue) {
        this.value = initValue;
    }
    
    public void add(int increment) {
        this.value += increment;
    }
    
    public int value() {
        return this.value;
    }
}

//...

public class Program {
    public static void main(String[] args) {
        Accumulator acc = new Accumulator(0);
        acc.add(2);
        acc.add(3);
        System.out.println(acc.value()); // 5
    }
}

Accumulator中的add()与currentValue()都是实例方法，并且可以很明显看出它们对实例所提供的环境的依赖——它们使用了“this”，通过this才可以访问到实例变量value。上例中的acc.add(2)，虽然参数列表里只有一个2，但方法的“接收者”（receiver）也很明确的出现在代码中，就是“点”之前的acc，它作为一个隐藏参数被传到了方法中；如果要把所有实际上用到的参数都显式写明，用伪代码可以写成：Accumulator.add(acc, 2)。

如果换用Python来写就会更明显：

class Accumulator:
  def __init__(self, init_value = 0):
    self.__value = init_value
  
  def add(self, increment):
    self.__value += increment
  
  def value(self):
    return self.__value

acc = Accumulator()
acc.add(2)
acc.add(3)
print(acc.value())

Python要求声明实例方法时将提供环境的对象作为显式的第一个参数，习惯上命名为self。使用实例方法时则与Java等语言一样，把“self”作为隐藏参数传递。

如果不考虑虚方法的多态语义，把上面的Java代码换成C来写，会是类似：

typedef struct tagAccumulator {
    int value;
} Accumulator;

Accumulator* Accumulator_new() {
    return (Accumulator*)malloc(sizeof(Accumulator));
}

void Accumulator_init(Accumulator* this, int init_value) {
    this->value = init_value;
}

void Accumulator_add(Accumulator* this, int increment) {
    this->value += increment;
}

int Accumulator_value(Accumulator* this) {
    return this->value;
}

void Accumulator_free(Accumulator* this) {
    free(this);
}

（这里模仿Java等语言的语义，把分配空间与初始化的步骤分离了。实际要在C里模拟面向对象编程倒不会这么写……我只是为了突出“this”而已）

C里可以用裸的函数指针，它只是指向函数的代码，而不关心函数可能需要的执行环境。对上述Accumulator的例子中的add()，如果创建函数指针并使用，可以是这样：

#include <stdio.h>

typedef void (*add_ptr_t)(Accumulator*, int);

int main() {
    add_ptr_t pAdd = &Accumulator_add;    // create pointer to "member function"
    Accumulator* acc = Accumulator_new(); // object allocation
    Accumulator_init(acc, 0);             // object initialization
    
    // call "member function" through pointer
    pAdd(acc, 2);
    pAdd(acc, 3);
    
    printf("%d\n", Accumulator_value(acc));
    
    Accumulator_free(acc);
    return 0;
}

（注：虽然我在注释里写了“member function”，注意我并不是指C++里的member function/pointer to member function。只是笼统的模拟一个概念而已）

说了半天，C#都还没登场呢，于是扯回正题，来看看C#的委托：

using System;

public class Accumulator {
    public int Value { get; private set; }
    
    public Accumulator(int initValue) {
        Value = initValue;
    }
    
    public void Add(int increment) {
        Value += increment;
    }
}

static class Program {
    static void Main(string[] args) {
        var acc = new Accumulator(0);

        // create a closed delegate
        Action<int> add = acc.Add;
        
        // invoke instance method
        acc.Add(2);
        // invoke instance method through closed delegate
        add(3);

        Console.WriteLine(acc.Value);
    }
}

上例中，第20行的acc.Add是通过一个对象实例去引用一个MethodGroup，C#的自动转换规则为Accumulator.Add()方法针对acc实例创建了一个“闭合委托”（closed delegate），然后将该委托赋值给add变量。要怎么知道一个委托是“闭合”的还是“开放”（open）的呢？只要看看委托的Target属性是否为null就行。上例的add变量所引用的委托就是闭合的，add.Target == acc。也就是说，通过闭合委托调用一个方法，就跟直接通过实例调用实例方法一样，带有一个隐藏参数，“this”；开放委托则不包含“this”隐藏参数，看上去就跟C里的函数指针很类似。
虽然C#默认是为静态方法创建开放委托，为实例方法创建闭合委托，但可以通过反射为实例方法创建出开放委托来：

using System;

public class Accumulator {
    public int Value { get; private set; }
    
    public Accumulator(int initValue) {
        Value = initValue;
    }
    
    public void Add(int increment) {
        Value += increment;
    }
}

static class Program {
    static void Main(string[] args) {
        var acc = new Accumulator(0);
        var addInfo = typeof(Accumulator).GetMethod("Add");
        // create an open delegate
        var openAdd = (Action<Accumulator, int>)Delegate.CreateDelegate(
            typeof(Action<Accumulator, int>), addInfo);
        
        // invoke instance method
        acc.Add(2);
        // invoke instance method through open delegate
        openAdd(acc, 3);
        
        Console.WriteLine(acc.Value);
    }
}

通过开放委托来调用实例方法，就很明显的展现出“this”隐藏参数的存在。

废那么话扯到C#的开放与闭合委托，我是想说明什么呢？先看看先前的几条tweet：

@jeffz_cn 写道

C#中的事件无法作为一个对象传递，我认为是一个语言设计上的失误

@rednaxelafx 写道

RT @jeffz_cn: C#中的事件无法作为一个对象传递，我认为是一个语言设计上的失误。//如果可以传递会是怎样的场景？

@jeffz_cn 写道

@rednaxelafx 最简单的，我可以把事件传入一个方法，然后再方法里添加handler咯。

@rednaxelafx 写道

@jeffz_cn 就是说如果你把指向实例方法的委托看作把实例curry了的方法话，“事件对象”就应该是把实例curry了的事件？外加可以用别名来引用事件的能力

看看C#的闭合委托为我们提供了怎样的能力：
1、为方法创建别名。看这个例子：

using System;

public class Foo {
    public void Bar() {
        Console.WriteLine("Foo.Bar()");
    }
}

public class Baz {
    public void Quux() {
        Console.WriteLine("Baz.Quux()");
    }
}

static class Program {
    static void Invoke(Action action) {
        action();
    }
    
    static void Main(string[] args) {
        Foo foo = new Foo();
        Baz baz = new Baz();
        Invoke(foo.Bar);
        Invoke(baz.Quux);
    }
}

本来Foo和Baz两个类没有任何继承关系，Bar()与Quux()两个方法的名字也不同，所以不可能通过继承多态的方式来统一的调用它们。但是由于C#的闭合委托给予了我们对实例方法创建“别名”的能力（例中action与foo.Bar之间、action与baz.Quux之间建立了别名关系），我们就可以在Invoke()方法里以统一的方式去调用这两个实例方法。
可能有人会想到跟duck-typing类比，不过这个跟duck-typing比较不同——duck-typing是要求方法名和参数列表都匹配，不关心接收者类型；闭合委托是方法名和接收者类型都不关心，只要参数列表的类型和个数都匹配就行。

2、可以将它看作对应的开放委托将“this”给curry化之后的形态，也就是：

// create a closed delegate from an open delegate by currying
Action<int> closedAdd = (int increment) => openAdd(acc, increment);
// invoke the closed delegate as usual
closedAdd(3);

因为闭合委托包含了对实例的引用，所以有足够信息对实例的状态做查询和操作。像是前面例子里的add、closedAdd，调用它们就达到了改变acc.Value的值的效果。

如果说方法的核心操作就是“调用”，那么事件呢？应该有两点：
1、添加/去除事件的监听器
2、发送一个事件
C#只允许在声明事件的类里发送事件，从外部来看实际上就只有第一点功能。

跟方法与实例的关系一样，C#里事件也有静态事件或者实例事件；后者必须依赖于实例才可以正常运行。C#里，在声明事件的类中通过事件的名字引用到的是它背后的委托，而不是事件本身；在声明事件的类外部则变成对add_XXX或remove_XXX方法语法糖，这两个方法返回void。如果要改变事件的“状态”，也就是为事件添加或去除监听器的话，必须要有类或实例的引用才行。老赵想说的，说不定是这样：（伪代码）

using System;

// declare an event type, just like declaring a delegate type
public event Action MyEventType;

public class Foo {
    // declare an event
    public event Action Bar;
    
    public void TriggerBar() {
        var bar = Bar;
        if (null != bar) bar();
    }
}

static class Program {
    static void PopulateEventHandlers(MyEventType ev) {
        ev += () => Console.WriteLine("Howdy");
        ev += () => Console.WriteLine("Doody");
    }
    
    static void Main(string[] args) {
        var foo = new Foo();
        PopulateEventHandlers(foo.Bar);
        foo.TriggerBar();
        // should print:
        // Howdy
        // Doody
    }
}

如果C#支持这种语言结构，那么代码中
1、ev就与foo.Bar建立了别名关系
2、ev隐藏着“this”参数，指向foo。

不知道老赵说的“事件对象”是不是像这样的呢？如果是的话，要自己实现出包装事件的对象看来并不困难，不过我一时能想到的办法都要用反射，至少要在开始用一次反射。真正的问题是C#没有专门语法来支持它的话，用起来不会太好看，或许也就失去了创建这种对象的意义。

更新：老赵说就是这样的，他发了一帖在这里：把事件当作对象进行传递