创建简单高效值类型的模式

Question

动机：

在阅读 Mark Seemann 在Code Smell: Automatic Property 上的博客时，他在接近尾声时说：

底线是自动属性很少适用。 实际上，它们仅适用于属性类型为 值类型和所有可能的值都是允许的。

他以int Temperature 为例说明难闻的气味，并建议最好的解决方法是特定于单位的值类型，例如摄氏度。所以我决定尝试编写一个自定义的摄氏值类型，它封装了所有的边界检查和类型转换逻辑，作为练习更多SOLID。

基本要求：

1. 不可能有无效值
2. 封装转换操作
3. 高效应对（相当于 int 替换它）
4. 使用尽可能直观（尝试使用 int 的语义）

实施：

[System.Diagnostics.DebuggerDisplay("{m_value}")]
public struct Celsius // : IComparable, IFormattable, etc...
{
    private int m_value;

    public static readonly Celsius MinValue = new Celsius() { m_value = -273 };           // absolute zero
    public static readonly Celsius MaxValue = new Celsius() { m_value = int.MaxValue };

    private Celsius(int temp)
    {
        if (temp < Celsius.MinValue)
            throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value cannot be less then Celsius.MinValue (absolute zero)");
        if (temp > Celsius.MaxValue)
            throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value cannot be more then Celsius.MaxValue");

        m_value = temp;
    }

    public static implicit operator Celsius(int temp)
    {
        return new Celsius(temp);
    }

    public static implicit operator int(Celsius c)
    {
        return c.m_value;
    }

    // operators for other numeric types...

    public override string ToString()
    {
        return m_value.ToString();
    }

    // override Equals, HashCode, etc...
}

测试：

[TestClass]
public class TestCelsius
{
    [TestMethod]
    public void QuickTest()
    {
        Celsius c = 41;             
        Celsius c2 = c;
        int temp = c2;              
        Assert.AreEqual(41, temp);
        Assert.AreEqual("41", c.ToString());
    }

    [TestMethod]
    public void OutOfRangeTest()
    {
        try
        {
            Celsius c = -300;
            Assert.Fail("Should not be able to assign -300");
        }
        catch (ArgumentOutOfRangeException)
        {
            // pass
        }
        catch (Exception)
        {
            Assert.Fail("Threw wrong exception");
        }
    }
}

问题：

• 有没有办法让 MinValue/MaxValue 变为 const 而不是只读？ 看看 BCL，我喜欢 int 的元数据定义清楚地将 MaxValue 和 MinValue 声明为编译时常量。我怎么能模仿呢？如果不调用构造函数或公开Celsius 存储int 的实现细节，我看不到创建Celsius 对象的方法。
• 我是否缺少任何可用性功能？
• 是否有更好的模式来创建自定义单字段值类型？

Answer 1

我认为从可用性的角度来看，我会选择Temperature 类型而不是Celsius。 Celsius 只是一个度量单位，而Temperature 将代表一个实际度量。然后你的类型可以支持多个单位，如摄氏度、华氏度和开尔文。我也会选择十进制作为后备存储。

类似的东西：

public struct Temperature
{
    private decimal m_value;

    private const decimal CelsiusToKelvinOffset = 273.15m;

    public static readonly Temperature MinValue = Temperature.FromKelvin(0);
    public static readonly Temperature MaxValue = Temperature.FromKelvin(Decimal.MaxValue);

    public decimal Celsius
    {
        get { return m_value - CelsiusToKelvinOffset; }
    }

    public decimal Kelvin 
    {
        get { return m_value; }
    }

    private Temperature(decimal temp)
    {
        if (temp < Temperature.MinValue.Kelvin)
               throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value {0} is less than Temperature.MinValue ({1})", temp, Temperature.MinValue);
        if (temp > Temperature.MaxValue.Kelvin)
               throw new ArgumentOutOfRangeException("temp", "Value {0} is greater than Temperature.MaxValue ({1})", temp, Temperature.MaxValue);
         m_value = temp;
    }

    public static Temperature FromKelvin(decimal temp)
    {     
           return new Temperature(temp);
    }

    public static Temperature FromCelsius(decimal temp)
    {
        return new Temperature(temp + CelsiusToKelvinOffset);
    }

    ....
}

我会避免隐式转换，因为 Reed 表示它会使事情变得不那么明显。但是我会重载运算符（、==、+、-、*、/），因为在这种情况下执行这些操作是有意义的。谁知道呢，在未来的 .net 版本中，我们甚至可以指定操作符约束，最终能够编写更多可重用的数据结构（想象一个统计类，它可以计算任何支持 +、-、*、 /)。

Answer 2

DebuggerDisplay 是有用的触摸。我会添加测量单位“{m_value} C”，这样您就可以立即看到类型。

根据目标使用情况，除了具体的类之外，您可能还希望拥有与基本单位之间的通用转换框架。 IE。以 SI 单位存储值，但能够根据（摄氏度、公里、公斤）与（华氏度、英里、磅）等文化进行显示/编辑。

您还可以查看 F# 测量单位以了解其他想法 (http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd233243.aspx) - 请注意，它是编译时构造。

Answer 3

我认为这是值类型的完美实现模式。我过去做过类似的事情，效果很好。

只有一件事，因为Celsius 无论如何都可以隐式转换为int 或从int 转换，您可以像这样定义边界：

public const int MinValue = -273;
public const int MaxValue = int.MaxValue;

但是，实际上static readonly 和const 之间没有实际区别。

Answer 4

有没有办法让 MinValue/MaxValue 变为 const 而不是只读？

没有。但是，BCL 也不这样做。例如，DateTime.MinValue 是 static readonly。您当前对MinValue 和MaxValue 的方法是合适的。

至于您的其他两个问题 - 可用性和模式本身。

就个人而言，我会避免像这样的“温度”类型的自动转换（隐式转换运算符）。温度不是整数值（事实上，如果您要这样做，我认为它应该是浮点数 - 93.2 摄氏度是完全有效的。）将温度视为整数，尤其是隐含地将任何整数值视为温度似乎是不合适的，并且可能是导致错误的原因。

我发现带有隐式转换的结构通常会导致比它们解决的更多的可用性问题。强制用户写：

 Celsius c = new Celcius(41);

实际上并不比从整数隐式转换困难得多。然而，这要清楚得多。