是否可以在 C# 中实现 mixins？答案

【问题标题】：Is it possible to implement mixins in C#?是否可以在 C# 中实现 mixins？
【发布时间】：2010-09-20 07:28:48
【问题描述】：

我听说可以使用扩展方法，但我自己不太清楚。如果可能的话，我想看一个具体的例子。

谢谢！

【问题讨论】：

【解决方案1】：

这真的取决于你所说的“mixin”是什么意思——每个人的想法似乎都略有不同。我希望喜欢看到的那种 mixin（但在 C# 中不可用）使实现通过组合变得简单：

public class Mixin : ISomeInterface
{
    private SomeImplementation impl implements ISomeInterface;

    public void OneMethod()
    {
        // Specialise just this method
    }
}

编译器将通过将每个成员代理到“impl”来实现 ISomeInterface，除非类中直接有另一个实现。

目前这些都不可能:)

【讨论】：

Anders 请将其添加到 C# 5 中！！
我发现 C++ 专家发表“更喜欢组合而不是继承”之类的声明很烦人，但该语言（C++ 或 C#）在做“正确的事情”方面几乎没有提供宝贵的帮助。
刚看到connect open on this on the VS Feedback rss feed。喜欢就去投票吧。
我已经开始implementing roles in C#。看一看。他们可以实现接口并将这些实现带到组合类中。
@JonSkeet：我不是反对者，但由于这个问题需要一个具体的例子，我希望反对者不知道所提供的答案是“这不是很好吗？”而不是目前实用的解决方案。

【解决方案2】：

我通常采用这种模式：

public interface IColor
{
    byte Red   {get;}
    byte Green {get;}
    byte Blue  {get;}
}

public static class ColorExtensions
{
    public static byte Luminance(this IColor c)
    {
        return (byte)(c.Red*0.3 + c.Green*0.59+ c.Blue*0.11);
    }
}

我在同一个源文件/命名空间中有两个定义。这样，在使用接口时（使用“使用”），扩展始终可用。

这为您提供了一个 有限的 mixin，如 CMS 的第一个链接中所述。

限制：

没有数据字段
没有属性（您必须用括号调用 myColor.Luminance()，extension properties 任何人？）

对于很多情况还是足够的。

如果他们（MS）可以添加一些编译器魔法来自动生成扩展类，那就太好了：

public interface IColor
{
    byte Red   {get;}
    byte Green {get;}
    byte Blue  {get;}

    // compiler generates anonymous extension class
    public static byte Luminance(this IColor c)     
    {
        return (byte)(c.Red*0.3 + c.Green*0.59+ c.Blue*0.11);
    }
}

虽然 Jon 提出的编译器技巧会更好。

【讨论】：

我用的是同一个。接口上的扩展方法。我在 c# 中的 mixins 上从维基百科上看到了这一点。 “...扩展方法在现有类上提供附加功能，而无需修改该类。然后可以为定义扩展方法的特定功能创建一个静态帮助器类......”
尽管这样做有风险，但这可能是唯一的方法，无需下载任何第三方的东西，就可以做 mixin 应该做的事情——保持独立，同时允许它们有选择地合并在一起运行。由于这可能存在风险的原因，一方面，很容易意外覆盖底层对象的现有方法

【解决方案3】：

有一个开源框架使您能够通过 C# 实现 mixins。看看http://remix.codeplex.com/。

用这个框架很容易实现 mixins。只需查看示例和页面上提供的“附加信息”链接即可。

【讨论】：

【解决方案4】：

LinFu 和 Castle's DynamicProxy 实现混合。 COP（面向复合编程）可以被认为是用 mixins 制作一个完整的范例。 This post from Anders Noras 有有用的信息和链接。

编辑：这在 C# 2.0 中都是可能的，无需扩展方法

【讨论】：

【解决方案5】：

您还可以扩展扩展方法方法以合并状态，其模式与 WPF 的附加属性不同。

这是一个带有最少样板的示例。请注意，不需要对目标类进行任何修改，包括添加接口，除非您需要以多态方式处理目标类 - 在这种情况下，您最终会得到非常接近实际多重继承的东西。

// Mixin class: mixin infrastructure and mixin component definitions
public static class Mixin
{ 
    // =====================================
    // ComponentFoo: Sample mixin component
    // =====================================

    //  ComponentFooState: ComponentFoo contents
    class ComponentFooState
    {
        public ComponentFooState() {
            // initialize as you like
            this.Name = "default name";
        }

        public string Name { get; set; }
    }

    // ComponentFoo methods

    // if you like, replace T with some interface 
    // implemented by your target class(es)

    public static void 
    SetName<T>(this T obj, string name) {
        var state = GetState(component_foo_states, obj);

        // do something with "obj" and "state"
        // for example: 

        state.Name = name + " the " + obj.GetType();


    }
    public static string
    GetName<T>(this T obj) {
        var state = GetState(component_foo_states, obj);

        return state.Name; 
    }

    // =====================================
    // boilerplate
    // =====================================

    //  instances of ComponentFoo's state container class,
    //  indexed by target object
    static readonly Dictionary<object, ComponentFooState>
    component_foo_states = new Dictionary<object, ComponentFooState>();

    // get a target class object's associated state
    // note lazy instantiation
    static TState
    GetState<TState>(Dictionary<object, TState> dict, object obj) 
    where TState : new() {
        TState ret;
        if(!dict.TryGet(obj, out ret))
            dict[obj] = ret = new TState();

        return ret;
    }

}

用法：

var some_obj = new SomeClass();
some_obj.SetName("Johny");
Console.WriteLine(some_obj.GetName()); // "Johny the SomeClass"

请注意，它也适用于空实例，因为扩展方法自然会这样做。

您还可以考虑使用 WeakDictionary 实现来避免由于集合将目标类引用作为键而导致的内存泄漏。

【讨论】：

GetState的签名只有一个Type Arg，但是GetName和SetName对GetState的调用传入了两个。这真的应该如何工作？
@Thick_propheT，你当然是对的。我在原始帖子之后做了一些简化，但似乎错过了这一点。谢谢！

【解决方案6】：

我需要类似的东西，所以我想出了以下使用 Reflection.Emit。在下面的代码中，动态生成了一个新类型，它有一个“mixin”类型的私有成员。所有对“mixin”接口方法的调用都转发给这个私有成员。定义了一个单参数构造函数，它接受一个实现“mixin”接口的实例。基本上，它相当于为给定的具体类型 T 和接口 I 编写以下代码：

class Z : T, I
{
    I impl;

    public Z(I impl)
    {
        this.impl = impl;
    }

    // Implement all methods of I by proxying them through this.impl
    // as follows: 
    //
    // I.Foo()
    // {
    //    return this.impl.Foo();
    // }
}

这是课程：

public class MixinGenerator
{
    public static Type CreateMixin(Type @base, Type mixin)
    {
        // Mixin must be an interface
        if (!mixin.IsInterface)
            throw new ArgumentException("mixin not an interface");

        TypeBuilder typeBuilder = DefineType(@base, new Type[]{mixin});

        FieldBuilder fb = typeBuilder.DefineField("impl", mixin, FieldAttributes.Private);

        DefineConstructor(typeBuilder, fb);

        DefineInterfaceMethods(typeBuilder, mixin, fb);

        Type t = typeBuilder.CreateType();

        return t;
    }

    static AssemblyBuilder assemblyBuilder;
    private static TypeBuilder DefineType(Type @base, Type [] interfaces)
    {
        assemblyBuilder = AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly(
            new AssemblyName(Guid.NewGuid().ToString()), AssemblyBuilderAccess.RunAndSave);

        ModuleBuilder moduleBuilder = assemblyBuilder.DefineDynamicModule(Guid.NewGuid().ToString());

        TypeBuilder b = moduleBuilder.DefineType(Guid.NewGuid().ToString(),
            @base.Attributes,
            @base,
            interfaces);

        return b;
    }
    private static void DefineConstructor(TypeBuilder typeBuilder, FieldBuilder fieldBuilder)
    {
        ConstructorBuilder ctor = typeBuilder.DefineConstructor(
            MethodAttributes.Public, CallingConventions.Standard, new Type[] { fieldBuilder.FieldType });

        ILGenerator il = ctor.GetILGenerator();

        // Call base constructor
        ConstructorInfo baseCtorInfo =  typeBuilder.BaseType.GetConstructor(new Type[]{});
        il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
        il.Emit(OpCodes.Call, typeBuilder.BaseType.GetConstructor(new Type[0]));

        // Store type parameter in private field
        il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
        il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
        il.Emit(OpCodes.Stfld, fieldBuilder);
        il.Emit(OpCodes.Ret);
    }

    private static void DefineInterfaceMethods(TypeBuilder typeBuilder, Type mixin, FieldInfo instanceField)
    {
        MethodInfo[] methods = mixin.GetMethods();

        foreach (MethodInfo method in methods)
        {
            MethodInfo fwdMethod = instanceField.FieldType.GetMethod(method.Name,
                method.GetParameters().Select((pi) => { return pi.ParameterType; }).ToArray<Type>());

            MethodBuilder methodBuilder = typeBuilder.DefineMethod(
                                            fwdMethod.Name,
                                            // Could not call absract method, so remove flag
                                            fwdMethod.Attributes & (~MethodAttributes.Abstract),
                                            fwdMethod.ReturnType,
                                            fwdMethod.GetParameters().Select(p => p.ParameterType).ToArray());

            methodBuilder.SetReturnType(method.ReturnType);
            typeBuilder.DefineMethodOverride(methodBuilder, method);

            // Emit method body
            ILGenerator il = methodBuilder.GetILGenerator();
            il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
            il.Emit(OpCodes.Ldfld, instanceField);

            // Call with same parameters
            for (int i = 0; i < method.GetParameters().Length; i++)
            {
                il.Emit(OpCodes.Ldarg, i + 1);
            }
            il.Emit(OpCodes.Call, fwdMethod);
            il.Emit(OpCodes.Ret);
        }
    }
}

这是用法：

public interface ISum
{
    int Sum(int x, int y);
}

public class SumImpl : ISum
{
    public int Sum(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}

public class Multiply
{        
    public int Mul(int x, int y)
    {
        return x * y;
    }
}

// Generate a type that does multiply and sum
Type newType = MixinGenerator.CreateMixin(typeof(Multiply), typeof(ISum));

object instance = Activator.CreateInstance(newType, new object[] { new SumImpl() });

int res = ((Multiply)instance).Mul(2, 4);
Console.WriteLine(res);
res = ((ISum)instance).Sum(1, 4);
Console.WriteLine(res);

【讨论】：

有些人在遇到问题时会想“我知道，我会使用 Reflection.Emit”。现在他们重新编译问题以包含解决方案操作码并达到编程必杀技。

【解决方案7】：

我找到了一种解决方法here，虽然不是很优雅，但可以让您实现完全可观察的 mixin 行为。此外，IntelliSense 仍然有效！

using System;
using System.Runtime.CompilerServices; //needed for ConditionalWeakTable
public interface MAgeProvider // use 'M' prefix to indicate mixin interface
{
    // nothing needed in here, it's just a 'marker' interface
}
public static class AgeProvider // implements the mixin using extensions methods
{
    static ConditionalWeakTable<MAgeProvider, Fields> table;
    static AgeProvider()
    {
        table = new ConditionalWeakTable<MAgeProvider, Fields>();
    }
    private sealed class Fields // mixin's fields held in private nested class
    {
        internal DateTime BirthDate = DateTime.UtcNow;
    }
    public static int GetAge(this MAgeProvider map)
    {
        DateTime dtNow = DateTime.UtcNow;
        DateTime dtBorn = table.GetOrCreateValue(map).BirthDate;
        int age = ((dtNow.Year - dtBorn.Year) * 372
                   + (dtNow.Month - dtBorn.Month) * 31
                   + (dtNow.Day - dtBorn.Day)) / 372;
        return age;
    }
    public static void SetBirthDate(this MAgeProvider map, DateTime birthDate)
    {
        table.GetOrCreateValue(map).BirthDate = birthDate;
    }
}

public abstract class Animal
{
    // contents unimportant
}
public class Human : Animal, MAgeProvider
{
    public string Name;
    public Human(string name)
    {
        Name = name;
    }
    // nothing needed in here to implement MAgeProvider
}
static class Test
{
    static void Main()
    {
        Human h = new Human("Jim");
        h.SetBirthDate(new DateTime(1980, 1, 1));
        Console.WriteLine("Name {0}, Age = {1}", h.Name, h.GetAge());
        Human h2 = new Human("Fred");
        h2.SetBirthDate(new DateTime(1960, 6, 1));
        Console.WriteLine("Name {0}, Age = {1}", h2.Name, h2.GetAge());
        Console.ReadKey();
    }
}

【讨论】：

【解决方案8】：

如果您有一个可以存储数据的基类，您可以强制编译器安全并使用标记接口。这或多或少是公认答案中的“C# 3.0 中的混合”所提出的。

public static class ModelBaseMixins
{
    public interface IHasStuff{ }

    public static void AddStuff<TObjectBase>(this TObjectBase objectBase, Stuff stuff) where TObjectBase: ObjectBase, IHasStuff
    {
        var stuffStore = objectBase.Get<IList<Stuff>>("stuffStore");
        stuffStore.Add(stuff);
    }
}

对象库：

public abstract class ObjectBase
{
    protected ModelBase()
    {
        _objects = new Dictionary<string, object>();
    }

    private readonly Dictionary<string, object> _objects;

    internal void Add<T>(T thing, string name)
    {
        _objects[name] = thing;
    }

    internal T Get<T>(string name)
    {
        T thing = null;
        _objects.TryGetValue(name, out thing);

        return (T) thing;
    }

所以如果你有一个类，你可以从 'ObjectBase' 继承并用 IHasStuff 装饰你现在可以添加 sutff

【讨论】：

【解决方案9】：

这是我刚刚提出的一个 mixin 实现。我可能会将它与a library of mine 一起使用。

这可能以前在某个地方做过。

都是静态类型的，没有字典什么的。每种类型都需要一些额外的代码，每个实例不需要任何存储。另一方面，如果您愿意，它还为您提供了动态更改 mixin 实现的灵活性。没有后期构建、预构建、中期构建工具。

它有一些限制，但它确实允许覆盖等操作。

我们首先定义一个标记接口。也许稍后会添加一些东西：

public interface Mixin {}

这个接口是由 mixins 实现的。 Mixins 是常规类。类型不直接继承或实现 mixins。相反，他们只是使用接口公开了一个 mixin 的实例：

public interface HasMixins {}

public interface Has<TMixin> : HasMixins
    where TMixin : Mixin {
    TMixin Mixin { get; }
}

实现这个接口意味着支持mixin。显式实现它很重要，因为每种类型都会有几个。

现在介绍一个使用扩展方法的小技巧。我们定义：

public static class MixinUtils {
    public static TMixin Mixout<TMixin>(this Has<TMixin> what)
        where TMixin : Mixin {
        return what.Mixin;
    }
}

Mixout 公开了适当类型的 mixin。现在，为了测试这一点，让我们定义：

public abstract class Mixin1 : Mixin {}

public abstract class Mixin2 : Mixin {}

public abstract class Mixin3 : Mixin {}

public class Test : Has<Mixin1>, Has<Mixin2> {

    private class Mixin1Impl : Mixin1 {
        public static readonly Mixin1Impl Instance = new Mixin1Impl();
    }

    private class Mixin2Impl : Mixin2 {
        public static readonly Mixin2Impl Instance = new Mixin2Impl();
    }

    Mixin1 Has<Mixin1>.Mixin => Mixin1Impl.Instance;

    Mixin2 Has<Mixin2>.Mixin => Mixin2Impl.Instance;
}

static class TestThis {
    public static void run() {
        var t = new Test();
        var a = t.Mixout<Mixin1>();
        var b = t.Mixout<Mixin2>();
    }
}

相当有趣（尽管回想起来，它确实有道理），IntelliSense 没有检测到扩展方法 Mixout 适用于 Test，但编译器确实接受它，只要 Test 实际上有 mixin .如果你尝试，

t.Mixout<Mixin3>();

它会给你一个编译错误。

你可以花点心思，也可以定义如下方法：

[Obsolete("The object does not have this mixin.", true)]
public static TSome Mixout<TSome>(this HasMixins something) where TSome : Mixin {
    return default(TSome);
}

它的作用是，a) 在 IntelliSense 中显示一个名为 Mixout 的方法，提醒您它的存在，并且 b) 提供更具描述性的错误消息（由 Obsolete 属性生成）。

【讨论】：