C#中如何实现多个==运算符重载且不产生歧义的空值检查。

Question

介绍:
我有几个类，它们完成相同的工作，但使用不同的值类型（例如浮点数或整数的向量）。
现在我想要能够检查它们是否相等，这种相等性也应该适用于类型之间的比较（例如 vectorF == vectorI）。
另外，应该可以进行空检查（vectorF == null）。

方法:
我的方法是为 == 和 != 运算符创建多个重载，每一种可能的组合都要创建一个。

public sealed class VectorF
{
    [...]

    public static bool operator == (VectorF left, VectorI right)
    {
        // Implementation...
    }

    public static bool operator == (VectorF left, VectorF right)
    {
        // Implementation...
    }

    // Same for != operator
    [...]
}

问题:
使用多个重载函数时，我不能仅使用 == 运算符进行空值检查，因为调用会产生歧义。

var v = new VectorF([...]);

if (v == null)    // This call is ambiguous
[...]

我知道可以使用 ReferenceEquals 或 null 强制转换来代替，但对我来说这种方法有很大的限制。

var v = new VectorF([...]);

if(object.ReferenceEquals(v, null))    // Would work, is not user friendly.
[...]

if(v == (VectorF)null)    // Would also work, is neither user friendly.
[...]

问题:
有没有一种方法可以实现==运算符，使其允许简单的空值检查，并允许在不同向量之间进行相等比较?

或者，我还能/应该以另一种方式实现这个吗?

- Chillersanim

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看起来你的向量类应该是不可变的结构体。这样就不会出现“null”的问题。（我假设你的类只包含2或3个值。） - Matthew Watson

听起来像是卒子局面：要么好看==或者== null。那么，如何使用其他类型的向量进行比较呢？例如，VectorF.IsSame(VectorI)？当用户尝试vectorF == vectorI时，编译器将显示用户错误，然后用户将搜索比较方法，问题解决了？另一件事：将float与int进行比较不会很精确，如何先将VectorF转换为VectorI，然后再比较两个VectorI？ - Sinatr

为什么需要左右重载？你能分享一下重载方法的内容吗？ - levent

我认为你可以通过从VectorI到VectorF添加隐式转换来简化很多问题。 - Steve

@levent：我习惯于将变量称为left和right，这是我从其他重载中采用的，其中顺序可能很重要（例如矩阵乘法）。 - Chillersanim

@Sinatr：你使用另一种方法的想法听起来不错，但只有在从VectorI转换为VectorF时存在相对较大的开销时才适用。正如InBetween在他的回答中所描述的那样，值转换仍然会发生。如果Vector例如由数组支持，我认为你的方法是可行的。 - Chillersanim

Answer 1

我本来就对整个设计有所保留。我不会在不同类型之间使用值语义来实现==，因为我会感到相当困惑：instanceTypedA == instanceTypedB 看起来像是引用相等（至少对我来说是这样）。

如果你需要让它工作，那么请在VectorI和VectorF之间实现隐式转换。这就是框架的工作原理。当你执行以下操作时：

int i = 1;
double d = 1;
var b = i == d;

一个 ==(int, double) 的重载不会自动生成。实际上发生的是 i 隐式转换为 double 并调用 ==(double, double)。

- InBetween

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谢谢。你是正确的，应该使用引用相等性（reference equality）的 == 运算符。我没有考虑到隐式转换，因为我希望该调用尽可能地优化。然而，由于值最终会被转换，所以事实上并没有太大区别。 - Chillersanim

Answer 2

您可以使用is来进行比较的反转：

if (v is VectorF)

如果v为null，则此检查将失败。

- Patrick Hofman

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我不太喜欢这个解决方案。你真正做的语义是隐藏在一个“巧妙”的技巧中；老实说，阅读这段代码，很难看出你是否在检查空值。 - InBetween

尽管并非每个人都知道它也可以进行空检查，但使用“is”（或“as”）进行类型检查非常普遍。一旦你知道了这一点，就很明显null不属于特定类型。 - Patrick Hofman

除了代码更短之外，object.ReferenceEquals有什么改进吗？我认为is在仅进行空检查时具有相当大的性能开销。 - Chillersanim

我猜差别不大，但你可以测试一下。 - Patrick Hofman

Answer 3

在这种情况下，我不会过载==运算符，而是会做类似这样的操作：

public static bool operator == (VectorF left, object right) {
    if (object.ReferenceEquals(null, right)) {
        // handle null case
    }
    VectorF rightF = right as VectorF;
    if (!object.ReferenceEquals(null, rightF)) {
        // Compare VectorF
    }
    VectorI rightI = right as VectorI;
    if (!object.ReferenceEquals(null, rightI)) {
        // Compare VectorI
    }
    // and so on...
}

- Paolo Tedesco

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牺牲编译时类型安全来避免重复空检查？这也太恶心了吧。 - Ben Voigt