C# 泛型方法类型参数不是从用法中推断出来的

Posted 2023-02-22

【中文标题】C# 泛型方法类型参数不是从用法中推断出来的

【英文标题】：C# generic method type argument not inferred from usage

【发布时间】：2019-01-24 19:32:40

【问题描述】：

最近我尝试了访问者模式的实现，我尝试使用通用接口强制执行 Accept & Visit 方法：

public interface IVisitable<out TVisitable> where TVisitable : IVisitable<TVisitable>

    TResult Accept<TResult>(IVisitor<TResult, TVisitable> visitor);

- 其目的是 1）将某个类型“Foo”标记为此类访问者可访问，而访问者又是“此类 Foo 类型的访问者”，以及 2）在实现的可访问类型上强制执行正确签名的 Accept 方法，就像这样：

public class Foo : IVisitable<Foo>

    public TResult Accept<TResult>(IVisitor<TResult, Foo> visitor) => visitor.Visit(this);

到目前为止一切顺利，访问者界面：

public interface IVisitor<out TResult, in TVisitable> where TVisitable : IVisitable<TVisitable>

    TResult Visit(TVisitable visitable);

-应该 1) 将访问者标记为“能够访问”TVisitable 2) 此 TVisitable 的结果类型 (TResult) 应该是什么 3) 对每个 TVisitable 强制执行正确签名的访问方法，访问者实现是“能够访问”，像这样：

public class CountVisitor : IVisitor<int, Foo>

    public int Visit(Foo visitable) => 42;


public class NameVisitor : IVisitor<string, Foo>

    public string Visit(Foo visitable) => "Chewie";

非常愉快和美丽，这让我可以写：

var theFoo = new Foo();
int count = theFoo.Accept(new CountVisitor());
string name = theFoo.Accept(new NameVisitor());

很好。

现在悲伤的时刻开始了，当我添加另一个可访问类型时，例如：

public class Bar : IVisitable<Bar>

    public TResult Accept<TResult>(IVisitor<TResult, Bar> visitor) => visitor.Visit(this);

可以通过CountVisitor 访问：

public class CountVisitor : IVisitor<int, Foo>, IVisitor<int, Bar>

    public int Visit(Foo visitable) => 42;
    public int Visit(Bar visitable) => 7;

这突然破坏了 Accept 方法中的类型推断！ （这破坏了整个设计）

var theFoo = new Foo();
int count = theFoo.Accept(new CountVisitor());

给我：

“无法从用法推断出方法'Foo.Accept<TResult>(IVisitor<TResult, Foo>)' 的类型参数。”

谁能详细说明这是为什么？ CountVisitor 实现的IVisitor<T, Foo> 接口只有一个版本- 或者，如果由于某种原因无法消除IVisitor<T, Bar>，则它们都具有相同的T - int，=没有其他type 无论如何都会在那里工作。一旦有不止一个合适的候选者，类型推断就会放弃吗？ （有趣的事实：ReSharper 认为 theFoo.Accept<int>(...) 中的 int 是多余的：P，即使没有它就无法编译）

【参考方案1】：

似乎类型推断以一种贪婪的方式工作，首先尝试匹配 method 泛型类型，然后是类泛型类型。所以如果你说

int count = theFoo.Accept<int>(new CountVisitor());

它起作用了，这很奇怪，因为 Foo 是类泛型类型的唯一候选者。

首先，如果将方法泛型类型替换为第二类泛型类型，它会起作用：

public interface IVisitable<R, out T> where T: IVisitable<int, T>

    R Accept(IVisitor<R, T> visitor);


public class Foo : IVisitable<int, Foo>

    public int Accept(IVisitor<int, Foo> visitor) => visitor.Visit(this);


public class Bar : IVisitable<int, Bar>

    public int Accept(IVisitor<int, Bar> visitor) => visitor.Visit(this);


public interface IVisitor<out TResult, in T> where T: IVisitable<int, T>

    TResult Visit(T visitable);


public class CountVisitor : IVisitor<int, Foo>, IVisitor<int, Bar>

    public int Visit(Foo visitable) => 42;
    public int Visit(Bar visitable) => 7;


class Program 
    static void Main(string[] args) 
        var theFoo = new Foo();
        int count = theFoo.Accept(new CountVisitor());
    

其次（这是突出类型推断如何工作的奇怪部分）看看如果在Bar 访问者中将int 替换为string 会发生什么：

public class CountVisitor : IVisitor<int, Foo> , IVisitor<string, Bar>

    public int Visit(Foo visitable) => 42;
    public string Visit(Bar visitable) => "42";

首先，您会遇到相同的错误，但请注意如果您强制使用字符串会发生什么：

    int count = theFoo.Accept<string>(new CountVisitor());

错误 CS1503：参数 1：无法从 'CountVisitor' 转换为 'IVisitor<string, Foo>'

这表明编译器首先查看 method 泛型类型（在您的情况下为TResult），如果找到更多候选者则立即失败。它甚至没有进一步研究类泛型类型。

我尝试从 Microsoft 查找类型推断规范，但找不到。

【讨论】：

非常有趣！感谢您的回答：）我想我们已经接近了！虽然，关于 First: yes，它可以工作，因为你已经手动指定了所有类型参数，所以不需要推断任何东西，只是类型检查必须通过。第二：您已经强制 string Accept<string>(IVisitor<string, Foo>) 并且是的，CountVisitor 不能转换为该 arg，就像 bool 不能转换为 double - 不确定这是否真的证明了什么。不过，我会考虑“贪婪推理”，这听起来很有希望。再次感谢您的回答！

我考虑过“贪婪推理”——最终得出了不同的理论：类型检查器和推理器不是朋友——他们不互相交谈，不分享“知识”。 1. 类型检查器检查类型是可转换的 - 如果是，那么 2. 新一轮，推断器试图找出类型 - 哪种类型？ - IVisitor 中的 TResult（不知何故忽略了 TVisitable 必须是 Foo 的事实） - 找到两个这样的接口 - 放弃。不知道如何证明这一点，它只是“表现”那样（可能是因为您提到的“方法参数优先”推断？）

【参考方案2】：

一旦有不止一个合适的候选者，类型推断是否会放弃？

是的，在这种情况下确实如此。在尝试推断方法的泛型类型参数 (TResult) 时，类型推断算法似乎在 CountVisitor 对类型 IVisitor<TResult, TVisitable> 进行两次推断时失败。

---

来自C# 5 specification（我能找到的最新版本），§7.5.2：

Tr M<X1…Xn>(T1 x1 … Tm xm)

使用M(E1 …Em) 形式的方法调用，类型推断的任务是找到唯一的类型参数 S1…Sn 用于每个类型参数 X1…Xn 以便调用 M<S1…Sn>(E1…Em) 变为有效。

编译器采取的第一步如下（§7.5.2.1）：

对于每个方法参数Ei：

如果Ei 是匿名函数，则显式参数类型推断（第7.5.2.7 节）由Ei 生成 给Ti

否则，如果Ei 的类型为U，而xi 是值参数，则下界推断 来自 @ 987654338@ 到 Ti。

你只有一个参数，所以我们有唯一的Ei 是表达式new CountVisitor()。这显然不是一个匿名函数，所以我们在第二个要点。很容易看出，在我们的例子中，U 的类型是 CountVisitor。 “xi 是一个值参数”位基本上意味着它不是out、in、ref 等变量，这里就是这种情况。

此时，我们现在需要从CountVisitor 到IVisitor<TResult, TVisitable> 进行下界推断 §7.5.2.9 的相关部分（由于变量切换，我们有V = IVisitor<TResult, TVisitable> 在我们的例子中）：

否则，集合U1…Uk 和V1…Vk 通过检查是否适用以下任何情况来确定： V 是数组类型V1[…] 和U 是数组类型U1[…]（或有效基类型为U1[…] 的类型参数）的相同等级 V 是IEnumerable<V1>、ICollection<V1> 或IList<V1> 之一，U 是一维数组类型U1[]（或有效基类型为U1[] 的类型参数） V 是构造类、结构、接口或委托类型 C<V1…Vk> 并且存在唯一类型 C<U1…Uk> 使得 U（或者，如果 U 是类型参数，则它的有效基类或任何成员其有效接口集）与C<U1…Uk> 相同、继承自（直接或间接）或实现（直接或间接）。

（“唯一性”限制意味着在案例接口C<T> class U: C<X>, C<Y> 中，从U 推断到C<T> 时不会进行推断，因为U1 可能是X 或Y。）

我们可以跳过前两种情况，因为它们显然不适用，第三种情况是我们遇到的情况。编译器尝试找到CountVisitor 实现的唯一 类型C<U1…Uk>，并找到两个 这样的类型，IVisitor<int, Foo> 和IVisitor<int, Bar>。请注意，规范给出的示例与您的示例几乎相同。

由于唯一性约束，不会对此方法参数进行推断。由于编译器无法从参数中推断出任何类型信息，因此无法继续尝试推断 TResult 并因此失败。

---

至于为什么存在唯一性约束，我的猜测是它简化了算法，从而简化了编译器的实现。如果您有兴趣，here's a link 到 Roslyn（现代 C# 编译器）实现泛型方法类型推断的源代码。

【讨论】：

感谢您的回答！这个很有道理，看看代码吧

【参考方案3】：

在 C# 中，您可以通过使用 dynamic 关键字删除“双重调度”来简化访问者模式。

您可以像这样实现您的访问者：

public class CountVisitor : IVisitor<int, IVisitable>

   public int Visit( IVisitable v )
   
       dynamic d = v;
       Visit(d);
   

    private int Visit( Foo f ) 
    
        return 42;
    

    private int Visit( Bar b )
    
        return 7;
    

通过这样做，您不需要在 Foo 和 Bar 上实现 Accept 方法，尽管它们仍然必须实现 Visitor 的通用接口才能正常工作。

【讨论】：

哇，这是个有用的技巧：）谢谢你的信息！虽然，我的目标是类型安全，并且对为什么在这种特殊情况下类型推断失败很感兴趣——因为它让我感到惊讶，因为在我看来只有一个合适的类型