C# 固定字符串长度 - 编译时检查

Question

我想声明一个 C# 值类型，它只允许特定长度的字符串。所述长度应在编译时进行验证。这在 Delphi 中是可行的：

type
  TString10 = string[10];

如果我使用上述 tyoe 作为：

var
  sTen : TString10;

sTen := '0123456789A';   //This generates a compile time error

现在据我了解，您不能在 C# 中声明固定长度的字符串类型。我见过的各种解决方案不提供 编译时间 检查 C#。当我准备声明我自己的 C# 值类型结构时，这是我可以用.Format() 实现的吗？

非常感谢所有帮助和指点。

附言。我真的想实现字符串长度分配的编译时检查，所以请不要“你为什么....？”

Answer 1

如果您使用Spec#，您可以在编译时限制各种内容，包括字符串长度。

Answer 2

鉴于 System.String 有 this constructor overload:

public String(char[] value)

您可以像这样创建自己的值类型：

public struct FixedLengthString
{
    private readonly string s;

    public FixedLengthString(char c1, char c2, char c3)
    {
        this.s = new string(new [] { c1, c2, c3 });
    }
}

这个特殊的例子会给你一个正好三个字符的字符串，初始化如下：

var fls = new FixedLengthString('f', 'o', 'o');

Answer 3

您可以声明一个固定长度的只读字符数组。 readonly 需要避免任何进一步的调整大小。但是，这并没有提供直接的字符串操作，但它与您希望的方式相差不远。

Answer 4

在我看来，没有办法单独在 C# 中实现这一点，因为字符串文字是 always System.Strings 并且因为 C# 类型系统完全忽略了数组大小。

假设您使用自定义值类型（是的，您必须声明 10 个 char 字段，因为 char[10] 将存储在堆上），

struct String10
{
     char c0;
     char c1;
     ...
     char c9;

     public String10(string literal){...}
}

您可以编写一个工具（作为编译后步骤），通过 IL 并拒绝对没有有效（即最多 10 个字符）字符串的 String10 构造函数的每次调用 literal 作为它的参数。

new String10("0123456789") //valid
new String10("0123456789A") //rejected
new String10(someString) //has to be rejected as well → undecidable ↔ halting problem

如果您不喜欢写new String10(...)，您可以定义一个从System.String 到String10 的隐式转换。实际上，这将是由 C# 编译器代替您调用的静态方法。

一个允许您查看 IL 的库是 mono.cecil。

您将获得一种不同于System.String 的新数据类型。您可以覆盖ToString 方法，以便String10 可以在String.Format 和朋友中使用，您甚至可以定义到System.String 的扩大（隐式）转换，以便您可以将String10 与预期的API 一起使用System.String.

Answer 5

我有一个谜题给你。假设您的 TString10 已经存在于 C# 中，并且当您分配太长的字符串时应该引发编译时错误：

string stringWithUnknownLength = "".PadLeft(new Random().Next(0, 100));

TString10 foo = stringWithUnknownLength;

这里应该引发编译时错误吗？如果是这样，编译器如何知道 何时 提出它？

如您所见，编译时检查的可能性是有限的。编译器可以轻松验证某些内容，例如将特定字符串 constant 分配给 TString10 变量时。但在大量情况下，验证可能取决于复杂的程序逻辑、I/O 或随机数（如上例所示）——在所有这些情况下，编译时检查都是不可能的。

---

我原本打算向你建议结合string 周围的包装类，结合Code Contracts 的静态检查功能；然而，这种方法也会遇到同样的根本问题。无论如何，为了完整起见：

using System.Diagnostics.Contracts;

class TString10
{
    private string value;

    …

    public static implicit operator TString10(string str)
    {
        Contract.Requires(str.Length <= 10);
        return new TString10 { value = str };
    }

    public static implicit operator string(TString10 str10)
    {
        Contract.Ensures(Contract.Result<string>().Length <= 10);
        return str10.value;
    }
}