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C# 9.0新特性詳解系列之一:只初始化設置器(init only setter)

1、背景與動(dòng)機

自C#1.0版本以來(lái),我們要定義一個(gè)不可變數據類(lèi)型的基本做法就是:先聲明字段為readonly,再聲明只包含get訪(fǎng)問(wèn)器的屬性。例子如下:

struct Point{    public int X { get; }    public int Y { get; }    public Point(int x, int y)    {        this.X = x;        this.Y = y;    }}

這種方式雖然很有效,但是它是以添加大量代碼為代價(jià)的,并且類(lèi)型越大,屬性就越多,工作量就大,也就意味著(zhù)更低的生產(chǎn)效率。

為了節省工作量,我們也用對象初始化方式來(lái)解決。對于創(chuàng )建對象來(lái)說(shuō),對象初始化方式是一種非常靈活和可讀的方式,特別對一口氣創(chuàng )建含有嵌套結構的樹(shù)狀對象來(lái)說(shuō)更有用。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的對象初始化的例子:

var person = new Person{ FirstName = "Mads", LastName = "Torgersen" };

從這個(gè)例子,可以看出,要進(jìn)行對象初始化,我們不得不先要在需要初始化的屬性中添加set訪(fǎng)問(wèn)器,然后在對象初始化器中,通過(guò)給屬性或者索引器賦值來(lái)實(shí)現。

public class Person{    public string? FirstName { get; set; }    public string? LastName { get; set; }}

這種方式最大的局限就是,對于初始化來(lái)說(shuō),屬性必須是可變的,也就是說(shuō),set訪(fǎng)問(wèn)器對于初始化來(lái)說(shuō)是必須的,而其他情況下又不需要set,而且我們需要的是不可變對象類(lèi)型,因此這個(gè)setter明顯在這里就不合適。既然有這種常見(jiàn)的需要和局限性,那么我為何不引入一個(gè)只能用來(lái)初始化的Setter呢?于是只用來(lái)初始化的init設置訪(fǎng)問(wèn)器就出現了。這時(shí),上面的Point結構定義就可以簡(jiǎn)化成下面的樣子:

struct Point{    public int X { get; init; }    public int Y { get; init; }}

那么現在,我們使用對象初始化器來(lái)創(chuàng )建一個(gè)實(shí)例:

var p = new Point() { X = 54, Y = 717 };

第二例子Person類(lèi)型中,將set訪(fǎng)問(wèn)器換為init就成了不可變類(lèi)型了。同時(shí),使用對象初始化器方式?jīng)]有變化,依然如前面所寫(xiě)。

public class Person{    public string? FirstName { get; init; }    public string? LastName { get; init; }}

通過(guò)采用init訪(fǎng)問(wèn)器,編碼量減少,滿(mǎn)足了只讀需求,代碼簡(jiǎn)潔易懂。

2. 定義和要求

只初始化屬性或索引器訪(fǎng)問(wèn)器是一個(gè)只在對象構造階段進(jìn)行初始化時(shí)用來(lái)賦值的set訪(fǎng)問(wèn)器的變體,它通過(guò)在set訪(fǎng)問(wèn)器的位置來(lái)使用init來(lái)實(shí)現的。init有著(zhù)如下限制:

  • init訪(fǎng)問(wèn)器只能用在實(shí)例屬性或索引器中,靜態(tài)屬性或索引器中不可用。

  • 屬性或索引器不能同時(shí)包含init和set兩個(gè)訪(fǎng)問(wèn)器

  • 如果基類(lèi)的屬性有init,那么屬性或索引器的所有相關(guān)重寫(xiě),都必須有init。接口也一樣。

2.1 init訪(fǎng)問(wèn)器可設置值的時(shí)機

除過(guò)在局部方法和lambda表達式中,帶有init訪(fǎng)問(wèn)器的屬性和索引器在下面情況是被認為可設置的。這幾個(gè)可以進(jìn)行設置的時(shí)機,在這里統稱(chēng)為對象的構造階段。除過(guò)這個(gè)構造階段之外,其他的后續賦值操作是不允許的。

  • 在對象初始化器工作期間

  • 在with表達式初始化器工作期間

  • 在所處或者派生的類(lèi)型的實(shí)例構造函數中,在this或者base使用上

  • 在任意屬性init訪(fǎng)問(wèn)器里面,在this或者base使用上

  • 在帶有命名參數的attribute使用中

根據這些時(shí)機,這意味著(zhù)Person類(lèi)可以按如下方式使用。在下面代碼中第一行初始化賦值正確,第二行再次賦值就不被允許了。這說(shuō)明,一旦初始化完成之后,只初始化屬性或索引就保護著(zhù)對象的狀態(tài)免于改變。

var person = new Person { FirstName = "Mads", LastName = "Nielsen" }; // OKperson.LastName = "Torgersen"; // 錯誤!

2.2 init屬性訪(fǎng)問(wèn)器和只讀字段

因為init訪(fǎng)問(wèn)器只能在初始化時(shí)被調用,所以在init屬性訪(fǎng)問(wèn)器中可以改變封閉類(lèi)的只讀字段。需要注意的是,從init訪(fǎng)問(wèn)器中來(lái)給readonly字段賦值僅限于跟init訪(fǎng)問(wèn)器處于同一類(lèi)型中定義的字段,通過(guò)它是不能給父類(lèi)中定義的readonly字段賦值的,關(guān)于這繼承有關(guān)的示例,我們會(huì )在2.4類(lèi)型間的層級傳遞中看到。

public class Person{    private readonly string firstName = "<unknown>";    private readonly string lastName = "<unknown>";        public string FirstName     {         get => firstName;         init => firstName = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(FirstName)));    }    public string LastName     {         get => lastName;         init => lastName = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(LastName)));    }}

2.3 類(lèi)型層級間的傳遞

我們知道只包含get訪(fǎng)問(wèn)器的屬性或索引器只能在所處類(lèi)的自身構造函數中被初始化,但init訪(fǎng)問(wèn)器可以進(jìn)行設置的規則是可以跨類(lèi)型層級傳遞的。帶有init訪(fǎng)問(wèn)器的成員只要是可訪(fǎng)問(wèn)的,對象實(shí)例并能在構造階段被知曉,那這個(gè)成員就是可設置的。

class Person{    public Person()    {        //下面這段都是允許的        Name = "Unknown";        Age = 0;    }    public string Name { get; init; }    public int Age { get; }}class Adult : Person{    public Adult()    {        // 只有g(shù)et訪(fǎng)問(wèn)器的屬性會(huì )出錯,但是帶有init是允許的        Name = "Unknown Adult"; //正確        Age = 18; //錯誤    }}class Consumption{    void Example()    {        var d = new Adult()         {             Name = "Jack", //正確            Age = 23 //錯誤,因為是只讀,只有g(shù)et        };    }}

從init訪(fǎng)問(wèn)器能被調用這一方面來(lái)看,對象實(shí)例在開(kāi)放的構造階段就可以被知曉。因此除過(guò)正常set可以做之外,init訪(fǎng)問(wèn)器的下列行為也是被允許的。

  • 通過(guò)this或者base調用其他可用的init訪(fǎng)問(wèn)器

  • 在同一類(lèi)型中定義的readonly字段,是可以通過(guò)this給賦值的

class Example{    public Example()    {        Prop1 = 1;    }    readonly int Field1;    string Field2;    int Prop1 { get; init; }    public bool Prop2    {        get => false;        init        {            Field1 = 500; // 正確            Field2 = "hello"; // 正確            Prop1 = 50; // 正確        }    }}

前面2.2節中提到,init中是不能更改父類(lèi)中的readonly字段的,只能更改本類(lèi)中readonly字段。示例代碼如下:

class BaseClass{    protected readonly int Field;    public int Prop    {        get => Field;        init => Field = value; // 正確    }    internal int OtherProp { get; init; }}class DerivedClass : BaseClass{    protected readonly int DerivedField;    internal int DerivedProp    {        get => DerivedField;        init        {            DerivedField = 89;  // 正確            Prop = 0;       // 正確            Field = 35;     // 出錯,試圖修改基類(lèi)中的readonly字段Field        }    }    public DerivedClass()    {        Prop = 23;  // 正確         Field = 45;     // 出錯,試圖修改基類(lèi)中的readonly字段Field    }}

如果init被用于virtual修飾的屬性或者索引器,那么所有的覆蓋重寫(xiě)都必須被標記為init,是不能用set的。同樣地,我們不可能用init來(lái)覆蓋重寫(xiě)一個(gè)set的。

class Person{    public virtual int Age { get; init; }    public virtual string Name { get; set; }}class Adult : Person{    public override int Age { get; init; }    public override string Name { get; set; }}class Minor : Person{    // 錯誤: 屬性必須有init來(lái)重寫(xiě)Person.Age    public override int Age { get; set; }    // 錯誤: 屬性必須有set來(lái)重寫(xiě)Person.Name    public override string Name { get; init; }}

2.4 init和接口

一個(gè)接口中的默認實(shí)現,也是可以采用init進(jìn)行初始化,下面就是一個(gè)應用模式示例。

interface IPerson{    string Name { get; init; }}class Initializer{    void NewPerson<T>() where T : IPerson, new()    {        var person = new T()        {            Name = "Jerry"        };        person.Name = "Jerry"; // 錯誤    }}

2.5 init和readonly struct

init訪(fǎng)問(wèn)器是允許在readonly struct中的屬性中使用的,init和readonly的目標都是一致的,就是只讀。示例代碼如下:

readonly struct Point{    public int X { get; init; }     public int Y { get; init; }}

但是要注意的是:

  • 不管是readonly結構還是非readonly結構,不管是手工定義屬性還是自動(dòng)生成屬性,init都是可以使用的。

  • init訪(fǎng)問(wèn)器本身是不能標記為readonly的。但是所在屬性或索引器可以被標記為readonly

struct Point{    public readonly int X { get; init; } // 正確    public int Y { get; readonly init; } // 錯誤}
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