在Dictionary中使用枚举

自从.NET Framework 2.0引入泛型之后，对集合的使用就开创了新的局面。首先我们不用考虑类型是否安全，利用泛型以及对泛型参数的约束完全可以保障这一点；其次，集合元素不会因为频繁的Boxing和Unboxing而影响集合遍历与操作的性能。泛型带来的这两点好处毋庸置疑。在Dictionary<TKey, TValue>中，除了字符串，我们普遍会使用值类型作为它的key，例如int类型。而枚举类型作为一种值类型，在某些时候特别是需要位操作的时候，也会经常用作key。问题就出现在这里。

我们知道，Dictionary的key必须是唯一的标识，因此Dictionary需要对key进行判等的操作，如果key的类型没有实现 IEquatable接口，则默认根据System.Object.Equals()和GetHashCode()方法判断值是否相等。我们可以看看常用作key的几种类型在.NET Framework中的定义：

public sealed class String : IComparable, ICloneable, IConvertible,  
    IComparable< string>, IEnumerable< string>, IEnumerable,  
    IEquatable< string>

public struct Int32 : IComparable, IFormattable,  
    IConvertible, IComparable< int>, IEquatable< int>

public abstract class Enum : ValueType,  
    IComparable, IFormattable, IConvertible

注意Enum类型的定义与前两种类型的不同，它并没有实现IEquatable接口。因此，当我们使用Enum类型作为key值时，Dictionary的内部操作就需要将Enum类型转换为System.Object，这就导致了Boxing的产生。没错，我们很难发现这个陷阱，它是导致Enum作为 key值的性能瓶颈。

我们该如何解决这一问题？最简单的方法是将Enum的值先转换为int，然后将其作为key传入Dictionary中。还有一种作法是定义一个实现了IEqualityComparer<T>接口的类。因为Dictionary构造函数的其中一个重载版本，可以接收 IEqualityComparer<T>类型，通过它完成对key的判断。IEqualityComparer<T>接口的定义如下所示：

public interface IEqualityComparer<T>
{     
    bool Equals(T x, T y);      
    int GetHashCode(T obj);
}

遗憾的是我们却不能直接提供针对Enum的实现，例如：

class EnumComparer<TEnum> : IEqualityComparer<TEnum>
{
    public bool Equals(TEnum x, TEnum y)
    {     
        return (x == y);
    }
    public int GetHashCode(TEnum obj)
    {      
        return ( int)obj;
    }
}

因为我们不能直接对泛型类型进行==操作，以及将泛型对象强制转换为int类型。在Code Project上，有一篇名为Accelerating Enum-Based Dictionaries with Generic EnumComparer的文章，利用Reflection.Emit实现Equals()和GetHashCode()方法。不过在该文的评论中，提供了更好的一个方法，就是利用C# 3.0的Lambda表达式：

public class EnumComparer<T> : IEqualityComparer<T> where T : struct
{
    public bool Equals(T first, T second)
    {
        var firstParam = Expression.Parameter( typeof(T), "first");
        var secondParam = Expression.Parameter( typeof(T), "second");
        var equalExpression = Expression.Equal(firstParam, secondParam);

        return Expression.Lambda<Func<T, T, bool>>
            (equalExpression, new[] { firstParam, secondParam }).
            Compile().Invoke(first, second);
    }

    public int GetHashCode(T instance)
    {
        var parameter = Expression.Parameter( typeof(T), "instance");
        var convertExpression = Expression.Convert(parameter, typeof( int));

        return Expression.Lambda<Func<T, int>>
            (convertExpression, new[] {parameter }).
            Compile().Invoke(instance);
    }
}

此时，我们就可以如此使用Dictionary对象：

public enum DayOfWeek { //...}
var dictionary = new Dictionary<DayOfWeek, int>( new EnumComparer<DayOfWeek>());

采取这样的做法比直接用Enum类型作为Dictionary的key差不多要快8倍。这难道不让人为之惊诧吗？