结构体和类中的等号运算符重载

Question

如果我对一个类进行operator ==的方法重载，那么在比较字段之前必须执行一些检查：

• 如果两个参数都为null或者两个参数是同一个实例，则返回true。

  例如：if (System.Object.ReferenceEquals(arg1, arg2)) return true;

• 如果一个参数为null，但不是全部，则返回false。

  例如：if (((object)arg1 == null) || ((object)arg2 == null)) return false;

事实上，如果我有一个结构体并且想要对operator ==进行重载，这些检查就不是必需的，因为它们是无用的。原因如下：结构体是值类型，因此它不能为null，例如DateTime date = null;是无效的，因为DateTime（它是一个结构体）不是引用类型，因此您不能比较两个DateTime，其中一个设置为null。

我创建了一个简单的结构体Point2D，带有operator ==，然后将Point2D的实例与null进行比较：

Point2D point = new Point2D(0,0);
Console.WriteLine((point == null));

1. 显然，没有调用operator ==运算符，但比较结果返回False。那么调用了哪个方法？

2. 文档指出，在不可变类型中重载此运算符是不推荐的。为什么？

- enzom83

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你应该尽量一次只问一个问题。如果你有两个问题，分别提出来。 - svick

@svick：抱歉，我会尽量避免类似的问题。 - enzom83

Answer 1

Chris Shain的答案是正确的，但没有解释为什么这是合法的。

当您重写等号运算符，并且两个操作数是非可空值类型，并且返回类型是bool时，我们会为您提供一个升级版运算符。也就是说，如果您有：

public static bool operator ==(S s1, S s2) { ... }

然后无需额外费用，您就可以获得

public static bool operator ==(S? s1, S? s2) { ... }

被调用的是那个运算符。 当然，编译器知道结果始终为false，因为一个操作数为null，另一个操作数则不为null。

以前有一个警告，指出您的代码始终返回false，但我们在几个版本之前意外禁用了它，并且从未真正重新启用它。 我明天将在Roslyn编译器中处理这个代码，看看能否将其恢复到良好状态。

- Eric Lippert

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阅读您的回答总是有教育意义的，即使我已经写了近十年.NET代码。谢谢 :-) - Chris Shain

Eric，你是说这里有两个类型为“Point”和“null”的操作数；它们之间没有隐式转换，但编译器调用了另一种类型的运算符，可以将两个操作数隐式转换为该类型。这似乎与条件运算符的处理方式不一致，在条件运算符中，你不能说int? x = someBool ? 7 : null;。我从C#的第二个版本开始学习；在早期版本中，像1 == null这样的表达式是否会编译失败？ - phoog

@phoog：这不是一个恰当的比喻。对于运算符重载解析，正确的比喻是方法重载解析。如果您有一个静态方法int？Operators.Add(int？, int？)并调用Operator.Add(1, null)，那么您期望选择该方法，即使int不能转换为null，null也不能转换为int，对吧？将所有内置和提升的运算符视为类Operators上的静态方法；运算符重载解析只是对这些方法进行重载解析。 - Eric Lippert

那么，为了非常明确，这是否意味着对于一个非空结构体（non-nullable struct）与重载运算符==的情况，自动生成的提升运算符在调用重载运算符==之前执行空值检查，这就是为什么重载运算符==永远不需要执行这个检查本身的原因？ - Neutrino

@Neutrino：正确。自动生成的提升运算符的语义是首先检查是否为空，只有在两个操作数都已知为非空时才调用未提升的运算符。 - Eric Lippert

Answer 2

因为编译器似乎会优化掉它。我尝试了这段代码：

System.Drawing.Point point = new System.Drawing.Point(0,0);
Console.WriteLine((point == null));

然后它生成了以下的IL代码：

IL_0000:  ldloca.s    00 
IL_0002:  ldc.i4.0    
IL_0003:  ldc.i4.0    
IL_0004:  call        System.Drawing.Point..ctor
IL_0009:  ldc.i4.0    
IL_000A:  call        System.Console.WriteLine

这实际上归结为“创建一个点，然后将false写入命令行”。

这也解释了为什么它不调用您的运算符。 结构体永远不可能为空，在编译器可以保证您始终会得到false结果的情况下，它根本不费力地发出调用运算符的代码。

尽管String是一个类并重载了==运算符，但在这段代码中也发生了同样的事情。

System.Drawing.Point point = new System.Drawing.Point(0,0);
Console.WriteLine("foo" == null);

关于不可变性...在C#中，==运算符通常被解释为“引用相等”，例如这两个变量指向同一个类的实例。 如果您正在重载它，则通常意味着两个类的实例，即使它们不是同一实例，在其数据相同时应该表现得像它们是同一实例。 经典的例子是字符串。 即便 GiveMeAnA() 返回的实际字符串引用可能与由字面字符串"A"表示的字符串引用不同，"A" == GiveMeAnA()仍然成立。

如果您在不可变的类上重载了==操作符，那么在求值==之后对类进行的更改可能会导致许多微妙的错误。

- Chris Shain

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我使用LINQPad（http://linqpad.net）或Reflector（http://reflector.net）。前者可以显示任意代码片段的IL，后者则将程序集反编译成IL，并能够从该IL重新生成等效的C#代码。还有一个名为ILDASM的内置工具（http://msdn.microsoft.com/en-us/library/f7dy01k1(v=vs.80).aspx）。理解IL是一件棘手的事情-请参阅http://codebetter.com/raymondlewallen/2005/02/07/getting-started-understanding-msil-assembly-language/ - Chris Shain