实现地理坐标类：相等比较

Question

我正在将 CodePlex 中的地理坐标类集成到我的个人“工具箱”库中。这个类使用float字段来存储经纬度。

由于GeoCoordinate类实现了IEquatable<GeoCoordinate>，所以我习惯性地这样写Equals方法：

public bool Equals(GeoCoordinate other)
{
    if (other == null) {
        return false;
    }

    return this.latitude == other.latitude && this.longitude == other.longitude;
}

此时我停下来并认为我正在比较浮点变量是否相等，这通常是一个禁忌。然后我的思考过程大致如下：

1. 我只能想象设置Latitude 和Longitude 属性一次，这意味着不会累积错误来搞乱我的比较。

2. 另一方面，可以（尽管毫无意义）写

   var geo1 = new GeoCoordinate(1.2, 1.2);
   var geo2 = new GeoCoordinate(1.2, 1.2);
   
   // geo1.Equals(geo2) will definitely be true, BUT:
   
   geo2.Latitude *= 10;
   geo2.Latitude /= 10;
   
   // I would think that now all bets are off
   

   当然这不是我能想象的，但如果类的公共接口允许，那么Equals 应该能够处理它。

3. 使用difference < epsilon 测试比较相等性可以解决比较两个实例的问题，但会产生更多问题：

   • 如何使相等传递？听起来不可能。

   • 如何为比较相等的所有值生成相同哈希码？

     假设epsilon = 0.11（随机示例）。因此GeoCoordinate { 1, 1 } 需要与GeoCoordinate { 1.1, 1.1 } 相同的哈希码。但后者需要与GeoCoordinate { 1.2, 1.2 } 相同的哈希码。您可以看到这是怎么回事：所有实例都需要具有相同的哈希码。

4. 解决所有这些问题的方法是使GeoCoordinate 成为不可变类。这也将解决GetHashCode 问题：它基于纬度和经度（还有什么），如果它们是可变的，那么使用GeoCoordinate 作为字典的键是自找麻烦。然而，使类不可变有其自身的缺点：

   • 您无法实例化和配置类的实例（WPF 范例），这在某些情况下可能会很麻烦
   • 由于丢失了无参数构造函数，序列化也可能会变得很痛苦（我不是 .NET 序列化专家，所以我在这里看到的细节就这么多）

您会建议哪种方法？使类符合我现在的要求很容易（只需使其不可变），但有更好的方法吗？

编辑：我在上面的列表中添加了第 3 项，将之前的第 3 项移动到位置 4。

解决方案

我将留出更多时间来提供反馈，但目前我将采用不可变的方法。相关成员的struct（因为现在是这样）可以看到here；非常欢迎 cmets 和建议。

Answer 1

对我来说具有经度/纬度的“位置”非常适合“不可变值”插槽。 位置本身不会改变 - 如果你改变纬度是一个不同的位置。从那里，它可能是struct；对于float，struct 的大小无论如何都与 x64 引用相同，因此没有真正的缺点。

重新平等；如果位置不完全相同，则它不是“等于”，至少从“关键”的角度来看，所以我对== 很满意。如果有帮助，您可以添加“在 (x) 距离内”方法。当然，大弧几何也不是完全免费的；p

想法：

• 它应该覆盖bool Equals(object) 以及添加一个bool Equals(GeoCoordinate)
• 它应该覆盖GetHashCode()并实现IEquatable<GeoCoordinate>
• 静态运算符是一个不错的可选附加功能

Answer 2

• Equals 主要用于字典中，因此您应该仅将浮点数与 epsilon 进行比较的准则不适用于此处。不要尝试将 epsilon 逻辑放入Equals。用户的工作就是按照他的需要去做。证明唯一与 epsilon-comparisons 一致的散列函数是常数散列函数相对容易。

• 您的实现有一个问题：它不能处理NaNs。您需要在 Equals 方法的各个坐标上使用 Equals 而不是 ==。

  public bool Equals(GeoCoordinate other)
  {
      if (other == null) {
          return false;
      }
  
      return this.latitude.Equals( other.latitude) && this.longitude.Equals(other.longitude);
  }
  

• “不要使用 == 而是使用 epsilon 进行比较”指南适用于消费代码，而不是实现代码。所以我会实现一个函数，它返回两个地理坐标之间的距离，并告诉用户将其用于他的 epsilon 比较。

• 我肯定会让它不可变（不确定是结构还是类）。它具有值语义，因此应该是不可变的。
  我通常使用Linq-to-Xml/Linq-to-Json 之类的东西进行序列化，因为这允许我在我的内存模型和磁盘模型之间转换表示。
  但是你是对的，许多序列化程序不支持非默认构造函数。我认为这是那些序列化程序中的一个大缺陷，而不是我的模型中的一个缺陷。一些序列化程序只是访问私有设置器/字段，但我个人认为这很糟糕。

Answer 3

在纬度和经度的基础模型中，我将只使用长整数而不是浮点数。在任何情况下，一毫秒的度数都小于两英寸，这应该足够详细了：以毫秒为单位存储您的坐标，这样更简单、更清晰且防错误。

Answer 4

根据您对 lat/lon 结构的使用，我会担心在 lat/lon 中使用浮点数而不是双精度数。例如，如果您正在对纬度/经度进行实时积分，那么您将需要双精度。这是因为度数是 1 海里，并且根据积分的时间步长，每次迭代您只移动非常小的量。

为了进行等式测试，我会使用一个基于 equirectangular 近似值的简单距离公式，并确定如果另一点在我确定的容差范围内（一英寸或两英寸），则声明它们相等。我将使用的 equirectangular 近似值是here。