自定义 Nullable<T> 扩展方法和 SelectMany

Question

Nullable<T> 有如下扩展方法。

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace DoNotationish
{
    public static class NullableExtensions
    {
        public static U? Select<T, U>(this T? nullableValue, Func<T, U> f)
            where T : struct
            where U : struct
        {
            if (!nullableValue.HasValue) return null;
            return f(nullableValue.Value);
        }

        public static V? SelectMany<T, U, V>(this T? nullableValue, Func<T, U?> bind, Func<T, U, V> f)
            where T : struct
            where U : struct
            where V : struct
        {
            if (!nullableValue.HasValue) return null;
            T value = nullableValue.Value;
            U? bindValue = bind(value);
            if (!bindValue.HasValue) return null;
            return f(value, bindValue.Value);
        }
    }
}

这允许在查询语法中使用Nullable<T>。 以下测试将通过。

        [Test]
        public void Test1()
        {
            int? nv1 = 5;
            int? nv2 = 3;
            var q = from v1 in nv1
                    from v2 in nv2
                    select v1 + v2;
            Assert.AreEqual(8, q);
        }

        [Test]
        public void Test2()
        {
            int? nv1 = null;
            int? nv2 = 3;
            var q = from v1 in nv1
                    from v2 in nv2
                    select v1 + v2;
            Assert.IsNull(q);
        }

但是，如果您尝试链接 3 个或更多，它将被视为匿名类型并且不会编译。

        [Test]
        public void Test3()
        {
            int? nv1 = 5;
            int? nv2 = 3;
            int? nv3 = 8;
            var q = from v1 in nv1
                    from v2 in nv2  // Error CS0453: anonymous type is not struct
                    from v3 in nv3
                    select v1 + v2 + v3;
            Assert.AreEqual(16, q);
        }

您可以通过手动指定使用ValueTuple 来解决此问题，如下所示，但这很难看。

        [Test]
        public void Test3_()
        {
            int? nv1 = 5;
            int? nv2 = 3;
            int? nv3 = 8;
            var q = from v1 in nv1
                    from v2 in nv2
                    select (v1, v2) into temp      // ugly
                    from v3 in nv3
                    select temp.v1 + temp.v2 + v3; // ugly
            Assert.AreEqual(16, q);
        }

这些简化的例子可以简单地使用+操作符来解决：var q = nv1 + nv2 + nv3;

但是，如果您可以流利地编写用户定义的结构，您会发现使用它会更方便。有什么好办法吗？

Answer 1

想想编译器如何将查询表达式转换为SelectMany 调用。它会把它变成这样的东西：

var q =
    nv1.SelectMany(x => 
       nv2.SelectMany(x => nv3, (v2, v3) => new { v2, v3 }), 
       (v1, v2v3) => v1 + v2v3.v2 + v2v3.v3);

注意第二个SelectMany 调用的V 是如何被推断为匿名类的，它是一个引用类型，不符合: struct 的约束。

请注意，它专门使用匿名类，而不是 ValueTuple ((v2, v3) => (v2, v3))。这是在language spec 中指定的：

带有第二个 from 子句的查询表达式，后面跟着一些东西 除了选择子句：

from x1 in e1
from x2 in e2
...

被翻译成

from * in ( e1 ) . SelectMany( x1 => e2 , ( x1 , x2 ) => new { x1 , x2 } )
...

很遗憾，您对此无能为力。您可以尝试分叉 Roslyn 编译器，使其编译为创建 ValueTuple，但从技术上讲，这不再是“C#”了。

OTOH，如果您编写自己的 Nullable<T> 类型，而不是将 T 限制为值类型，这个想法可能会奏效，但我不确定这是否值得。

Answer 2

让我们看看这个查询

from a in source1
from b in source2
from c in source3
from d in source4
// etc
select selector // how is it possible that a, b, c, d available in selector?

此类查询将编译为 SelectMany 调用链

SelectMany(IEnumerable<TSource> source, 
           Func<TSource, IEnumerable<TCollection>> collectionSelector,
           Func<TSource, TCollection, TResult> resultSelector)

如您所见，它在结果选择器中只能接受两个参数 - 一种是源集合类型，另一种是选择器返回的第二种集合类型。因此，将两个以上的参数沿链传递（以便所有参数最终到达最后一个结果选择器）的唯一方法是创建匿名类型。这就是它的样子：

source1
  .SelectMany(a => source2, (a, b) => new { a, b })
  .SelectMany(x1 => source3, (x1, c) => new { x1, c })
  .SelectMany(x2 => source4, (x2, d) => selector(x2.x1.a, x2.x1.b, x2.c, d));

同样，结果选择器受限于两个输入参数。所以对于你传递的 Test1 和 Test2 匿名类型不会被创建，因为这两个参数都可以传递给结果选择器。但是 Test3 需要三个参数作为结果选择器，并为此创建了一个中间匿名类型。

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您不能让您的扩展方法同时接受可为空的结构和生成的匿名类型（它们是引用类型）。我建议您创建特定于域的扩展方法 Bind 和 Map。这对方法将比from v1 in nv1 查询更符合函数式编程领域：

public static U? Bind<T, U>(this T? maybeValue, Func<T, U?> binder)
    where T : struct
    where U : struct
        => maybeValue.HasValue ? binder(maybeValue.Value) : (U?)null;

public static U? Map<T, U>(this T? maybeValue, Func<T, U> mapper)
    where T : struct
    where U : struct
        => maybeValue.HasValue ? mapper(maybeValue.Value) : (U?)null;

及用法

nv1.Bind(v1 => nv2.Bind(v2 => nv3.Map(v3 => v1 + v2 + v3)))
   .Map(x => x * 2) // eg