1. 委托內(nèi)部結(jié)構(gòu)

委托類型包含三個(gè)重要的非公共字段：

• _target 字段

  • 靜態(tài)方法包裝：當(dāng)委托包裝一個(gè)靜態(tài)方法時(shí)，該字段為 null。
  • 實(shí)例方法包裝：當(dāng)委托包裝實(shí)例方法時(shí)，該字段引用回調(diào)方法所操作的對(duì)象。

• _methodPtr 字段

  • 標(biāo)識(shí)委托要調(diào)用的方法。

• _invocationList 字段

  • 存儲(chǔ)委托鏈（即內(nèi)部委托數(shù)組），用于實(shí)現(xiàn)多播委托。

2. Lambda 表達(dá)式轉(zhuǎn)換為委托實(shí)例

C# 編譯器會(huì)將 lambda 表達(dá)式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的委托實(shí)例，具體轉(zhuǎn)換方式依賴于 lambda 是否捕獲外部數(shù)據(jù)。

2.1 不捕獲任何外部數(shù)據(jù)

• 轉(zhuǎn)換方式：

  • 將 lambda 表達(dá)式生成為私有的靜態(tài)函數(shù)（編譯器自動(dòng)生成方法名）。
  • 同時(shí)生成一個(gè)委托類型的靜態(tài)字段用于緩存委托實(shí)例。

• 委托實(shí)例創(chuàng)建與緩存：

  • 當(dāng)調(diào)用包含 lambda 的方法時(shí)，先檢查靜態(tài)字段是否為 null。
  • 若不為 null，則直接返回緩存的委托實(shí)例；若為 null，則創(chuàng)建新的委托實(shí)例，并賦值給靜態(tài)字段。
  • 這種方式確保委托實(shí)例只創(chuàng)建一次，被靜態(tài)字段引用后不會(huì)被回收。

2.2 捕獲實(shí)例成員（通過 this 訪問）

• 轉(zhuǎn)換方式：

  • 將 lambda 表達(dá)式生成為私有的實(shí)例函數(shù)（編譯器自動(dòng)生成方法名）。

• 委托實(shí)例創(chuàng)建：

  • 每次調(diào)用包含 lambda 的方法時(shí)，都會(huì)實(shí)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新的委托實(shí)例，包裝該實(shí)例函數(shù)。

2.3 捕獲非實(shí)例成員（例如局部變量）

• 轉(zhuǎn)換方式：

  • 編譯器生成一個(gè)私有的輔助閉包類（通常命名為 “<>c__DisplayClassXXX”）。
  • 輔助類中包含公開字段，用于保存捕獲的局部變量（或其他非實(shí)例數(shù)據(jù)）。
  • 在該輔助類中，將 lambda 表達(dá)式轉(zhuǎn)換為公開的實(shí)例函數(shù)，該方法通過訪問輔助類字段來使用捕獲的數(shù)據(jù)。

• 委托與閉包實(shí)例的創(chuàng)建：

  • 每次調(diào)用包含 lambda 的方法時(shí)，都會(huì)生成一個(gè)輔助類實(shí)例。
  • 然后創(chuàng)建一個(gè)委托實(shí)例，其 _target 字段指向該輔助類實(shí)例。
  • 注意：在循環(huán)中容易產(chǎn)生閉包陷阱——盡管每次迭代可能創(chuàng)建多個(gè)輔助類實(shí)例與委托實(shí)例，但這些輔助類實(shí)例中的捕獲字段指向同一塊內(nèi)存（即共享同一循環(huán)變量）。由于 lambda 表達(dá)式通常在循環(huán)結(jié)束后執(zhí)行，所有回調(diào)看到的循環(huán)變量值往往都是最后一次迭代的狀態(tài)。
  • 另外，不同版本的 C# 對(duì)于循環(huán)中輔助類實(shí)例的創(chuàng)建可能存在差異，有的版本可能只在進(jìn)入方法時(shí)創(chuàng)建一次，而有的版本則每次迭代都創(chuàng)建新的實(shí)例。至于委托實(shí)例，我猜測(cè)每次迭代都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的委托實(shí)例（否則作為字典鍵時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的問題），但《CLR Via C# 第四版》中示例代碼（17.7.3節(jié)，中文版365頁(yè)）顯示委托實(shí)例只創(chuàng)建了一次，這里感覺有點(diǎn)問題，有興趣的朋友可以分析一下。

3. 委托實(shí)例的訂閱與生命周期

3.1 常規(guī)委托/事件訂閱

• 當(dāng)委托實(shí)例訂閱到常規(guī)委托或事件時(shí)，事件源對(duì)委托實(shí)例持有強(qiáng)引用，從而延長(zhǎng)委托實(shí)例的生命周期（直至取消訂閱或事件源回收）。

3.2 弱事件訂閱

• 弱事件模式特點(diǎn)：

  • 委托實(shí)例的生命周期至少大于其 _target 引用的對(duì)象的生命周期。

• 實(shí)現(xiàn)機(jī)制：

  • 利用 ConditionalWeakTable<TKey, TValue> 進(jìn)行關(guān)聯(lián)：
    • 將 _target 引用的對(duì)象作為 key。
    • 將委托實(shí)例作為 value。
  • ConditionalWeakTable 對(duì) key 使用弱引用，但對(duì) value 使用強(qiáng)引用，保證只要 key 存在，對(duì)應(yīng)的 value 就不會(huì)被回收。

• 訂閱流程：

  • 當(dāng)委托實(shí)例通過 WeakEventManager<TEventSource, TEventArgs> 訂閱弱事件時(shí)，內(nèi)部會(huì)通過 Delegate.Target 獲取 _target 引用的對(duì)象，并將該對(duì)象與委托實(shí)例關(guān)聯(lián)到 ConditionalWeakTable 中，從而確保委托實(shí)例的生命周期至少與 _target 對(duì)象一致。

上面用工具重新排版了下，下面是我編輯的原文：

委托類型包含三個(gè)重要的非公共字段：_target字段，當(dāng)委托實(shí)例包裝一個(gè)靜態(tài)方法時(shí)，該字段為空；包裝實(shí)例方法時(shí)，這個(gè)字段引用回調(diào)方法要操作的對(duì)象。_methodPtr字段標(biāo)識(shí)要回調(diào)的方法。_invocationList字段引用委托數(shù)組。

C#編譯器將lambda方法替換為對(duì)應(yīng)的委托實(shí)例。

當(dāng)lambda不獲取任何外部數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用只創(chuàng)建一次委托實(shí)例并緩存：C#編譯器將lambda表達(dá)式生成為私有的靜態(tài)函數(shù)(編譯器自動(dòng)取名的方法)，并生成一個(gè)委托類型的靜態(tài)字段。當(dāng)調(diào)用使用lambda的方法時(shí)，先判斷自動(dòng)生成的靜態(tài)字段是否為空，不為空則直接返回靜態(tài)字段引用的委托實(shí)例，為空則先創(chuàng)建一個(gè)包裝靜態(tài)函數(shù)的委托實(shí)例賦值給靜態(tài)委托字段。（這導(dǎo)致被靜態(tài)字段引用的委托實(shí)例不會(huì)被釋放，但委托實(shí)例只會(huì)被創(chuàng)建一次）。

當(dāng)lambda獲取實(shí)例成員時(shí)（通過this指針訪問），每次調(diào)用都創(chuàng)建新的委托實(shí)例：C#編譯器將lambda表達(dá)式生成為私有的實(shí)例函數(shù)(編譯器自動(dòng)取名的方法)。每次調(diào)用使用lambda的方法時(shí)都實(shí)時(shí)創(chuàng)建一個(gè)委托實(shí)例包裝該自動(dòng)生成的實(shí)例函數(shù)。

當(dāng)lambda獲取非實(shí)例成員時(shí)（不通過當(dāng)前實(shí)例的this指針訪問，比如局部變量），C#編譯器創(chuàng)建一個(gè)私有的輔助類，輔助類擁有對(duì)應(yīng)的公開字段引用非實(shí)例成員，在輔助類中將將lambda表達(dá)式生成為公開的實(shí)例函數(shù)。每次調(diào)用使用lambda的方法時(shí)都生成輔助類實(shí)例，引用相同的非實(shí)例成員，然后創(chuàng)建委托實(shí)例傳入輔助類實(shí)例。（循環(huán)中的閉包陷阱就在于循環(huán)中雖然創(chuàng)建了多個(gè)輔助類實(shí)例與委托實(shí)例，但不同輔助類實(shí)例引用的非實(shí)例成員是同一塊內(nèi)存。lambda 表達(dá)式是在循環(huán)中創(chuàng)建，但其執(zhí)行往往是在循環(huán)結(jié)束后才發(fā)生，所以所有回調(diào)看到的循環(huán)變量都是最終狀態(tài)。并且不同版本C#實(shí)現(xiàn)在循環(huán)中可能并沒有創(chuàng)建循環(huán)次數(shù)的輔助類實(shí)例，而是在進(jìn)入方法時(shí)只創(chuàng)建一次。我猜測(cè)創(chuàng)建了循環(huán)次數(shù)的委托實(shí)例，不然作為字典的鍵時(shí)就應(yīng)該出錯(cuò)了。但CLR Via C#第四版給的示例代碼中委托實(shí)例只創(chuàng)建了一次，這可能有點(diǎn)問題，有興趣的朋友可以分析一下。）

lambda被轉(zhuǎn)換為委托實(shí)例后，當(dāng)將該委托實(shí)例訂閱到常規(guī)委托、事件時(shí)，事件源對(duì)委托實(shí)例進(jìn)行強(qiáng)引用。

當(dāng)將該委托實(shí)例訂閱到弱事件時(shí)，存在有意思的現(xiàn)象：委托實(shí)例的生命周期最起碼大于_target引用的對(duì)象的生命周期。這是通過ConditionalWeakTable<TKey, TValue>實(shí)現(xiàn)的，通過將_target引用的對(duì)象設(shè)置為key、將委托實(shí)例設(shè)置為value。該類負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，它對(duì)key是弱引用，但保證只要key在內(nèi)存中，value就一定在內(nèi)存中。

委托實(shí)例通過WeakEventManager<TEventSource, TEventArgs>訂閱弱事件時(shí)，WeakEventManager<TEventSource, TEventArgs>內(nèi)部會(huì)通過Delegate.Target拿到委托實(shí)例中_target引用的對(duì)象，作為ConditionalWeakTable的key，委托實(shí)例作為ConditionalWeakTable的value進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這樣就保證了弱事件模式下委托實(shí)例的生命周期至少大于_target引用的對(duì)象的生命周期。

public void AddHandler(Delegate handler)
{
    Invariant.Assert(_users == 0, "Cannot modify a ListenerList that is in use");
    object obj = handler.Target;
    if (obj == null)
    {
        obj = StaticSource;
    }
    _list.Add(new Listener(obj, handler));
    AddHandlerToCWT(obj, handler);
}
private void AddHandlerToCWT(object target, Delegate handler)
{
    if (!_cwt.TryGetValue(target, out var value))
    {
        _cwt.Add(target, handler);
        return;
    }
    List<Delegate> list = value as List<Delegate>;
    if (list == null)
    {
        Delegate item = value as Delegate;
        list = new List<Delegate>();
        list.Add(item);
        _cwt.Remove(target);
        _cwt.Add(target, list);
    }
    list.Add(handler);
}

到此這篇關(guān)于C# 委托與 Lambda 表達(dá)式轉(zhuǎn)換機(jī)制及弱事件模式下的生命周期分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C# 委托與 Lambda 表達(dá)式內(nèi)容請(qǐng)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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