C#委托与事件

1.什么是委托

委托是C#中的一个引用类型。它允许捕捉对方法的引用，并像传递其他对象那样传递该引用，也可以像调用其他方法一样调用被捕捉的方法。

声明委托需要使用delegate关键字：

// 声明委托
delegate string TestDelegate(int a, int b);

public static void DelegatePracticeMain()
{
	TestDelegate testDelegate = null;
	// 绑定方法
	testDelegate = Test;
	// 执行方法
	Console.WriteLine(testDelegate(10,20));
}

public static string Test(int a, int b)
{
	return $"a + b = {a + b}";
}

我们同样可以使用C#为我们声明好的委托System.Func和System.Action。其中，System.Func代表有返回值的方法，System.Action代表无返回值的方法。它们的使用方法如下：

public static string Test(int a, int b)  
{  
    return $"a + b = {a + b}";  
}  
  
public static void VoidTest(int a)  
{  
    Console.WriteLine($"a is {a}");  
}
public static void DelegatePracticeMain()  
{  
	// 最后一个参数为返回值类型
    Func<int, int, string> testFunc = Test;  
    Console.WriteLine(testFunc(20,30));  
    Action<int> testAct = VoidTest;  
    testAct(50);  
}

通过实例化委托的方式向方法中传递委托的一个实例：

/**  
 * Person比较方法  
 */
public static bool PersonCompare(Person person1, Person person2)
{
	return person1.Age > person2.Age;
}

/**  
 * 输出较大的对象  
 */
public static void PrintGreater<T>(T item1,T item2,Func<T,T,bool> compare)
{
	Console.WriteLine(compare(item1, item2) ? item1:item2);
}

public class Person
{
	public string Name { get; set; }
	public int Age { get; set; }
	
	public override string ToString()
	{
		return $"姓名:{Name},年龄:{Age}";
	}
}

public static void DelegatePracticeMain()
{
	Person person1 = new Person() {Age = 10, Name = "张三"};
	Person person2 = new Person() {Age = 20, Name = "李四"};
	// 向方法传递要委托的方法名
	PrintGreater(person1,person2,PersonCompare);
}

2.委托的逆变和协变

.Net的委托类型不具备结构相等性。即无法将一个委托类型的对象引用转换成另一个不相关的委托类型。但可以通过创建新委托，并让它引用旧委托的Invoke方法实现。

delegate string Test1Delegate(int a, int b);  
delegate string Test2Delegate(int a, int b);

public static void DelegatePracticeMain()
{
	Test1Delegate test1Delegate = Test;
	// 编译不通过
	// Test2Delegate test2Delegate = test1Delegate;
	// 编译通过
	Test2Delegate test2Delegate = test1Delegate.Invoke;
}

通过C#4.0添加的对可变性的支持，也可以实现某些委托类型之间的转换。C#提供的System.Func委托类型，参数类型使用了in修饰，结果类型使用了out修饰；System.Action的参数类型同样也使用了in修饰。这就意味着这两种委托类型是可以进行协变与逆变转换的：

// 逆变
Action<object> objAction = o => Console.WriteLine(o);
Action<string> strAction = objAction;

// 协变
Func<string> strFunc = () => "strFunc";
Func<object> objFunc = strFunc;

// 协变与逆变同时发生
Func<object, string> objStrFunc = o => o.ToString();
Func<string, object> strObjFunc = objStrFunc;

3.多播委托

我们来设想一个场景：假设有一个恒温器，它连接了一台加热器和一台冷却器。当温度发生变化时，恒温器需要将温度变化发送给加热器和冷却器。该如何设计这几个类呢？其实这是一个典型的观察者模式的应用。而通过多播委托，我们可以很容易地实现这种设计模式。

我们首先要定义出消息的订阅者，也就是加热器和冷却器：

/**
 * 冷却器
 */
public class Cooler
{
	// 设定温度
	public float Temperature { get; set; }

	public Cooler(float ratedTemp)
	{
		Temperature = ratedTemp;
	}
	// 温度改变事件
	public void OnTemperatureChanged(float newTemp)
	{
		Console.WriteLine("冷却器："+(newTemp > Temperature? "开":"关"));
	}
}

/**
 * 加热器
 */
public class Heater
{
	// 设定温度
	public float Temperature { get; set; }

	public Heater(float ratedTemp)
	{
		Temperature = ratedTemp;
	}
	// 温度改变事件
	public void OnTemperatureChanged(float newTemp)
	{
		Console.WriteLine("加热器："+(newTemp < Temperature? "开":"关"));
	}
}

接下来就可以定义消息的发布者，也就是恒温器：

/**
 * 恒温器
 */
public class Thermostat
{
	// 当前温度
	private float _CurrentTemp;

	public float CurrentTemp
	{
		get => _CurrentTemp;
		set
		{
			if (value != _CurrentTemp)
			{
				_CurrentTemp = value;
				// OnTemperatureChanged(value);
				// 防止为空
				OnTemperatureChanged?.Invoke(value);
			}
		}
	}
	// 委托
	public Action<float>? OnTemperatureChanged { get; set; }
}

在恒温器中定义了一个无返回值的，带一个float类型参数的委托。通过这个委托，就可以连接发布者和订阅者。在CurrentTemp属性的赋值方法中调用委托，即可向所有订阅者发送消息。

public static void MultiDelegateMain()
{
	Thermostat thermostat = new Thermostat();
	Heater heater = new Heater(20);
	Cooler cooler = new Cooler(30);
	// 注册事件
	thermostat.OnTemperatureChanged += heater.OnTemperatureChanged;
	thermostat.OnTemperatureChanged += cooler.OnTemperatureChanged;

	thermostat.CurrentTemp = 40;
	thermostat.CurrentTemp = 10;

}

当我们使用“+=”操作符时，它会获取第一个委托并将第二个委托添加到委托链。第一个委托方法返回后就会调用第二个委托。同理使用“-=”会从委托链中删除该委托。无论是“+”“-”还是它们的复合赋值版本“+=”“-=”，内部都是使用了静态方法System.Delegate.Combine()和System.Delegate.Remove()实现，它们会返回一个全新的多播委托——即原始的多播委托并不会受到影响。

多播委托的内部机制

.Net的委托总是派生自System.MulticastDelegate类型，而System.MulticastDelegate又派生自System.Delegate。在System.MulticastDelegate中有一个非常重要的字段_invocationList，在System.Delegate中也有两个重要的字段_target和_methodPtr。当我们将方法的引用传递给一个委托的实例，它的_methodPtr字段会指向这个方法，_target字段会指向调用方法的类型实例，而_invocationList则被置空。当我们通过+=实现多播委托时，内部会调用CombineImpl方法，该方法会返回一个新的委托，这个新的委托_invocationList字段是一个数组，数组中的每个元素就是一个委托的实例。当调用多播委托时，数组中的实例会被顺序调用。下面引用另一个博客（原地址）的一张示意图：

4.事件

到目前为止，委托存在着两个重要的问题。

（1）错误使用赋值操作符导致原本的委托链被覆盖

thermostat.OnTemperatureChanged += heater.OnTemperatureChanged;
// 错误使用了=,导致之前的委托链被覆盖
thermostat.OnTemperatureChanged = cooler.OnTemperatureChanged;

（2）在外部也可以调用委托

thermostat.OnTemperatureChanged += heater.OnTemperatureChanged;
thermostat.OnTemperatureChanged += cooler.OnTemperatureChanged;

// thermostat.CurrentTemp = 40;
// 原本当前温度改变时才会调用委托,但现在可以直接在外部调用委托
thermostat.OnTemperatureChanged(40);

以上两个问题都是因为委托的封装不充分。而事件则解决了这些问题。要使用事件，我们只需要对原有的Thermostat类进行如下修改：

/**
 * 恒温器
 */
public class Thermostat
{
	// 当前温度
	private float _CurrentTemp;

	public float CurrentTemp
	{
		get => _CurrentTemp;
		set
		{
			if (value != _CurrentTemp)
			{
				_CurrentTemp = value;
				// OnTemperatureChanged(value);
				// 防止为空
				OnTemperatureChanged?.Invoke(value);
			}
		}
	}
	// 委托
	// public Action? OnTemperatureChanged { get; set; }
	// 事件
	public event Action<float> OnTemperatureChanged = delegate {  };
}

在上面的修改中，我们只是将原本的OnTemperatureChanged属性移除，并更换为event关键字修饰的字段，并将这个字段赋值为空白委托，用来防止委托为null时产生异常。修改完成后，在外部就无法直接调用OnTemperatureChanged委托，同时也无法使用=符进行直接赋值。

// 编译不通过
thermostat.OnTemperatureChanged(40);
thermostat.OnTemperatureChanged = cooler.OnTemperatureChanged;

在实际的事件编程中，我们一般使用EventHandler<>来代替Action<>，目的是遵循标准的C#编程规范。EventHandler<>提供了两个参数(object? sender, TEventArgs e)，前者代表事件的发布者，后者代表事件参数。当一个订阅者方法注册了多个事件时，将发布者作为参数传入就可以判断出具体是哪个实例触发了事件。第二个事件参数是System.EventArgs类型或从System.EventArgs派生的类型，但包含事件附加数据。System.EventArgs唯一重要的属性是Empty，用于指出“没有事件数据”。

// 事件数据
public class TemperatureArgs : EventArgs
{
	public float NewTemp { get; set; }
	public TemperatureArgs(float temperature)
	{
		NewTemp = temperature;
	}
}
// 事件
public event EventHandler<TemperatureArgs> OnTemperatureChanged = delegate {  };

// 调用时将sender指定为容器类
OnTemperatureChanged?.Invoke(this,new TemperatureArgs(value));

事件的内部机制

C#编译器获取带有event关键字修饰的public委托变量后，会在内部将委托声明为private，并添加两个方法和两个特殊事件块。下面是与CIL等价的C#代码：

两个方法add_OnTemperatureChange()和remove_OnTemperatureChange()分别实现了“+=”和“-=”操作符。下面的两个特殊事件块语法与C#实现属性时创建的代码语法类似，负责调用add和remove方法。

基于此我们可以实现自定义的事件，可以将内部的委托设置为protected而不是private，也可以添加自定义的add和remove块：

public event EventHandler<TemperatureArgs> OnTemperatureChanged  
{  
    add  
    {  
        _OnTemperatureChanged = (EventHandler<TemperatureArgs>)Delegate.Combine(value, _OnTemperatureChanged);  
    }  
    remove  
    {  
        _OnTemperatureChanged = (EventHandler<TemperatureArgs>)Delegate.Remove(_OnTemperatureChanged, value);  
    }  
}  
protected EventHandler<TemperatureArgs>? _OnTemperatureChanged;