创建简单高效的值类型的模式

Question

动机：

阅读 Mark Seemann 的博客 代码气味：自动财产他在接近尾声时说道：

底线是自动属性很少适用。 事实上，它们仅适用于属性类型为 值类型和所有可以想象的值都是允许的。

他以 intTemperature 作为难闻气味的示例，并建议最好的解决方案是单位特定值类型，例如摄氏度。因此，我决定尝试编写一个自定义的摄氏度值类型，该类型封装了所有边界检查和类型转换逻辑，作为更加固体。

基本要求：

1. 不可能有无效值
2. 封装转换操作
3. 高效应对（相当于int的替换）
4. 使用起来尽可能直观（尝试int的语义）

实现：< /strong>

[System.Diagnostics.DebuggerDisplay("{m_value}")]
public struct Celsius // : IComparable, IFormattable, etc...
{
    private int m_value;

    public static readonly Celsius MinValue = new Celsius() { m_value = -273 };           // absolute zero
    public static readonly Celsius MaxValue = new Celsius() { m_value = int.MaxValue };

    private Celsius(int temp)
    {
        if (temp < Celsius.MinValue)
            throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value cannot be less then Celsius.MinValue (absolute zero)");
        if (temp > Celsius.MaxValue)
            throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value cannot be more then Celsius.MaxValue");

        m_value = temp;
    }

    public static implicit operator Celsius(int temp)
    {
        return new Celsius(temp);
    }

    public static implicit operator int(Celsius c)
    {
        return c.m_value;
    }

    // operators for other numeric types...

    public override string ToString()
    {
        return m_value.ToString();
    }

    // override Equals, HashCode, etc...
}

测试：

[TestClass]
public class TestCelsius
{
    [TestMethod]
    public void QuickTest()
    {
        Celsius c = 41;             
        Celsius c2 = c;
        int temp = c2;              
        Assert.AreEqual(41, temp);
        Assert.AreEqual("41", c.ToString());
    }

    [TestMethod]
    public void OutOfRangeTest()
    {
        try
        {
            Celsius c = -300;
            Assert.Fail("Should not be able to assign -300");
        }
        catch (ArgumentOutOfRangeException)
        {
            // pass
        }
        catch (Exception)
        {
            Assert.Fail("Threw wrong exception");
        }
    }
}

问题：

• 有没有办法使 MinValue/MaxValue 为常量而不是只读？ 查看 BCL我喜欢 int 的元数据定义清楚地说明了 MaxValue 和MinValue 作为编译时常量。我怎样才能模仿呢？我没有看到一种方法可以在不调用构造函数或公开Celsius存储int的实现细节的情况下创建Celsius对象。
• 我是否缺少任何可用性功能？
• 是否有更好的模式来创建自定义单字段值类型？

Answer 1

有没有办法使 MinValue/MaxValue 为常量而不是只读？

不。但是，BCL 也不这样做。例如，DateTime.MinValue 是静态只读。您当前的方法对于 MinValue 和 MaxValue 是合适的。

至于你的另外两个问题——可用性和模式本身。

就我个人而言，我会避免像这样的“温度”类型的自动转换（隐式转换运算符）。温度不是整数值（事实上，如果您要这样做，我认为它应该是浮点 - 93.2 摄氏度是完全有效的。）将温度视为整数，特别是将任何整数值隐式地视为温度似乎不合适，并且是错误的潜在原因。

我发现具有隐式转换的结构通常会导致比它们解决的问题更多的可用性问题。强制用户写：

 Celsius c = new Celcius(41);

并不比从整数隐式转换困难多少。然而，情况要清楚得多。

Answer 2

我认为从可用性的角度来看，我会选择类型 Temperature 而不是 Celsius。 摄氏度只是一个测量单位，而温度代表实际测量值。然后您的类型可以支持多种单位，例如摄氏度、华氏度和开尔文。我还会选择十进制作为后备存储。

沿着这些思路：

public struct Temperature
{
    private decimal m_value;

    private const decimal CelsiusToKelvinOffset = 273.15m;

    public static readonly Temperature MinValue = Temperature.FromKelvin(0);
    public static readonly Temperature MaxValue = Temperature.FromKelvin(Decimal.MaxValue);

    public decimal Celsius
    {
        get { return m_value - CelsiusToKelvinOffset; }
    }

    public decimal Kelvin 
    {
        get { return m_value; }
    }

    private Temperature(decimal temp)
    {
        if (temp < Temperature.MinValue.Kelvin)
               throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value {0} is less than Temperature.MinValue ({1})", temp, Temperature.MinValue);
        if (temp > Temperature.MaxValue.Kelvin)
               throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value {0} is greater than Temperature.MaxValue ({1})", temp, Temperature.MaxValue);
         m_value = temp;
    }

    public static Temperature FromKelvin(decimal temp)
    {     
           return new Temperature(temp);
    }

    public static Temperature FromCelsius(decimal temp)
    {
        return new Temperature(temp + CelsiusToKelvinOffset);
    }

    ....
}

我会避免隐式转换，因为里德指出它使事情变得不那么明显。不过，我会重载运算符（<、>、==、+、-、*、/），因为在这种情况下，执行此类操作是有意义的。谁知道呢，在 .net 的未来版本中，我们甚至可能能够指定运算符约束，并最终能够编写更多可重用的数据结构（想象一个统计类，它可以计算支持 +、-、*、 /）。

Answer 3

DebuggerDisplay 是有用的触摸。我会添加测量单位“{m_value} C”，以便您可以立即看到类型。

根据目标用途，除了具体类之外，您可能还希望拥有与基本单元之间的通用转换框架。即以 SI 单位存储值，但能够根据文化显示/编辑，例如（摄氏度、公里、千克）与（华氏度、英里、磅）。

您还可以查看 F# 测量单位以获取其他想法 ( http://msdn.microsoft .com/en-us/library/dd233243.aspx ） - 请注意，它是编译时构造。

Answer 4

我认为这是一个非常好的值类型实现模式。我过去也做过类似的事情，效果很好。

只是一件事，由于 Celsius 无论如何都可以隐式地转换为 int 或从 int 转换，因此您可以像这样定义边界：

public const int MinValue = -273;
public const int MaxValue = int.MaxValue;

但是，实际上 static 之间没有实际区别只读 和const。