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C#利用插值字符串處理器寫一個sscanf

 更新時間：2025年02月17日 08:21:48   作者：hez2010  
這篇文章主要為大家詳細介紹了C#如何利用插值字符串處理器寫一個sscanf,文中的示例代碼講解詳細,感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下

前言

什么？用 C# 插值字符串處理器寫一個輸入用的 sscanf？你確定不是輸出用的 sprintf？

我猜不少讀者看到標(biāo)題后大概會有上述的想法。然而我們這里還真就是實現(xiàn) sscanf，而不是 sprintf。

插值字符串處理器

C# 有一個特性叫做插值字符串，使用插值字符串，你可以自然地往字符串里面插入變量的值，比如：$"abc{x}def"，這一改以往通過 string.Format 來格式化字符串的方式，使得不再需要先傳遞一個字符串模板再挨個傳遞參數(shù)，非常方便。

在插值字符串的基礎(chǔ)上更進一步，C# 支持插值字符串處理器，意味著你可以自定義字符串的插值行為。比如一個簡單的例子：

[InterpolatedStringHandler]
struct Handler(int literalLength, int formattedCount)
{
    public void AppendLiteral(string s)
    {
        Console.WriteLine($"Literal: '{s}'");
    }

    public void AppendFormatted<T>(T v)
    {
        Console.WriteLine($"Value: '{v}'");
    }
}

在使用的時候，只需要把傳遞 string 參數(shù)的地方都換成這個 Handler 類型，就能做到按照你自定義的方式來處理插值字符串，我們的插值字符串會被 C# 編譯器自動變換成 Handler 的構(gòu)造和調(diào)用然后被傳入：

void Foo(Handler handler) { }
var x = 42;
Foo($"abc{x}def");

比如上面這個例子，你會得到輸出：

Literal: 'abc'
Value: '42'
Literal: 'def'

這大大方便了各種結(jié)構(gòu)化日志框架的處理，你只需要簡單的把插值字符串傳遞進去，日志框架就能根據(jù)你插值的方式來做到結(jié)構(gòu)化解析，從而完全避免了手動去格式化字符串。

帶參數(shù)的插值字符串處理器

其實 C# 的插值字符串處理器還支持帶額外的參數(shù)：

[InterpolatedStringHandler]
struct Handler(int literalLength, int formattedCount, int value)
{
    public void AppendLiteral(string s)
    {
        Console.WriteLine($"Literal: '{s}'");
    }

    public void AppendFormatted<T>(T v)
    {
        Console.WriteLine($"Value: '{v}'");
    }
}

void Foo(int value, [InterpolatedStringHandlerArgument("value")] Handler handler) { }
Foo(42, $"abc{x}def");

這么一來，42 就會被傳入 handler 的 value 參數(shù)當(dāng)中，這允許我們捕獲來自調(diào)用方的上下文，畢竟在日志場景中，根據(jù)不同參數(shù)來決定不同的格式很常見。

sscanf？

眾所周知 C/C++ 里面有一個很常用的函數(shù) sscanf，它接受一個文本輸入和一個格式化模板，然后再傳遞對格式化部分的變量的引用，就能把變量的值解析出來：

const char* input = "test 123 test";
const char* template = "test %d test";
int v = 0;
sscanf(input, template, &v);
printf("%d\n", v); // 123

那我們能不能在 C# 里復(fù)刻一個呢？當(dāng)然可以！只不過需要一點點黑魔法。

用 C# 實現(xiàn) sscanf

首先我們做一個帶參數(shù)的插值字符串處理器：

[InterpolatedStringHandler]
ref struct TemplatedStringHandler(int literalLength, int formattedCount, ReadOnlySpan<char> input)
{
    private ReadOnlySpan<char> _input = input;

    public void AppendLiteral(ReadOnlySpan<char> s)
    {
    }

    public void AppendFormatted<T>(T v) where T : ISpanParsable<T>
    {
    }
}

這里我們把所有的 string 都換成 ReadOnlySpan<char> 減少分配。

按照 sscanf 的使用方法，我們按理來說應(yīng)該做成類似這樣的東西：

void sscanf(ReadOnlySpan<char> input, ReadOnlySpan<char> template, params object[] args);

但是很顯然，這里我們需要的是 (ref object)[]，因為我們需要傳遞引用進去才能做到對外部變量的更新，而不是直接把變量的值當(dāng)作 object 傳進去。那怎么辦呢？

你會發(fā)現(xiàn)，C# 的插值字符串處理器里已經(jīng)包含了各變量的值，因此我們完全不需要像 C/C++ 那樣通過類似 %d 之類的占位符來插入變量！相對于 "test %d test" 我們可以直接寫 $"test {v} test"，然后通過引用傳遞這個 v。

一個很自然的想法是，我們把只需要把 AppendFormatted<T>(T v) 改成 AppendFormatted<T>(ref T v) 不就行了。

然而實際這么操作之后你會發(fā)現(xiàn)這么做是行不通的：

[InterpolatedStringHandler]
ref struct TemplatedStringHandler(int literalLength, int formattedCount, ReadOnlySpan<char> input)
{
    private ReadOnlySpan<char> _input = input;

    public void AppendLiteral(ReadOnlySpan<char> s)
    {
    }

    public void AppendFormatted<T>(ref T v) where T : ISpanParsable<T>
    {
    }
}

void sscanf(ReadOnlySpan<char> input, [InterpolatedStringHandlerArgument("input")] TemplatedStringHandler template);

當(dāng)我們試圖調(diào)用 sscanf 的時候：

int v = 0;
sscanf("test 123 test", $"test {ref v} test"); // error CS1525: Invalid expression term 'ref'

報錯了！插值字符串的值部分里寫 ref 關(guān)鍵字是無效的！

注意到這個錯誤是來自 C# 編譯器的 parser，也就是說只要我們從語法上把這個 ref 干掉，那就能通過編譯了。

此時我們靈機一動，我們 C# 不是有 in 來傳遞只讀引用嗎？C# 對于 in 傳遞只讀引用會自動幫我們創(chuàng)建引用并傳遞進去，無需在語法上顯式指定 ref，于是我們稍微利用一下這個特性改造一番：

[InterpolatedStringHandler]
ref struct TemplatedStringHandler(int literalLength, int formattedCount, ReadOnlySpan<char> input)
{
    private ReadOnlySpan<char> _input = input;

    public void AppendLiteral(ReadOnlySpan<char> s)
    {
    }

    public void AppendFormatted<T>(in T v) where T : ISpanParsable<T>
    {
    }
}

然后就會發(fā)現(xiàn)，下面這個代碼可以成功編譯了：

int v = 0;
sscanf("test 123 test", $"test {v} test");

此時我們離成功只剩下最后一步：傳遞進來的是只讀引用，可是為了提取出變量我們需要更新引用的值，怎么辦呢？

好在我們有 Unsafe.AsRef 把只讀引用轉(zhuǎn)換成可變引用，那最后一個問題解決了，我們就可以開始我們的實現(xiàn)了。

[InterpolatedStringHandler]
ref struct TemplatedStringHandler(int literalLength, int formattedCount, ReadOnlySpan<char> input)
{
    private int _index = 0;
    private ReadOnlySpan<char> _input = input;

    public void AppendLiteral(ReadOnlySpan<char> s)
    {
        var offset = Advance(0); // 先跳過連續(xù)空白字符
        _input = _input[offset..];
        _index += offset;
  
        if (_input.StartsWith(s)) // 從輸入字符串中去掉模板字符串的非變量部分
        {
            _input = _input[s.Length..];
        }
        else throw new FormatException($"Cannot find '{s}' in the input string (at index: {_index}).");

        _index += s.Length;
        literalLength -= s.Length;
    }

    public void AppendFormatted<T>(in T v) where T : ISpanParsable<T>
    {
        var offset = Advance(0); // 先跳過連續(xù)空白字符
        _input = _input[offset..];
        _index += offset;

        var length = Scan(); // 計算到下一個空白字符為止的長度
        if (T.TryParse(_input[..length], null, out var result)) // 解析！
        {
            Unsafe.AsRef(in v) = result; // 把只讀引用換成可變引用后更新引用值
            _input = _input[length..];
            _index += length;
            formattedCount--;
        }
        else
        {
            throw new FormatException($"Cannot parse '{_input[..length]}' to '{typeof(T)}' (at index: {_index}).");
        }
    }

    // 向后掃描，直到遇到空白字符停止
    private int Scan()
    {
        var length = 0;
        for (var i = 0; i < _input.Length; i++)
        {
            if (_input[i] is ' ' or '\t' or '\r' or '\n') break;
            length++;
        }
        return length;
    }

    // 跳過所有的空白字符
    private int Advance(int start)
    {
        var length = start;
        while (length < _input.Length && _input[length] is ' ' or '\t' or '\r' or '\n')
        {
            length++;
        }
        return length;
    }
}

然后我們提供一個 sscanf 暴露我們的插值字符串處理器即可：

static void sscanf(ReadOnlySpan<char> input, [InterpolatedStringHandlerArgument("input")] TemplatedStringHandler template) { }

使用

int x = 0;
string y = "";
bool z = false;
DateTime d = default;
sscanf("test 123 hello false 2025/01/01T00:00:00 end", $"test{x}{y}{z}vvxyksv9kdend");
Console.WriteLine(x);
Console.WriteLine(y);
Console.WriteLine(z);
Console.WriteLine(d);

得到輸出：

123
hello
False
2025年1月1日 0:00:00

而 scanf 只不過是 sscanf(Console.ReadLine(), template) 的簡寫罷了，所以這里我們有 sscanf 就完全足夠了。

結(jié)論

C# 的插值字符串處理器非常強大，利用這個特性，我們成功實現(xiàn)了比 C/C++ 中 sscanf 還要更好用的多的字符串解析函數(shù)，不僅不需要格式化字符串占位，還能自動推導(dǎo)類型，甚至連在后面的參數(shù)里逐個傳遞變量引用的需要都直接省掉了，在此基礎(chǔ)上我們還做到了零分配。

到此這篇關(guān)于C#利用插值字符串處理器寫一個sscanf的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C#插值字符串內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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