如何使乘法运算符（*）表现为短路？

Question

我有很多计算，特别是乘法，其中第一部分有时为零，在这种情况下我不想评估第二个操作数。 C# 中至少有两个短路运算符：&& 和 ||，它们仅在必要时评估第二个操作数。我想用乘法运算符实现类似的行为。

在.net中你不能直接重载&&操作符，但是你可以重载&和false操作符，所以你可以使用你的扩展点来改变short-电路操作员。您可以在这篇文章中找到更多详细信息C# operator overloading: the ‘&&’ operator

是否有任何方法可以实现乘法运算符的这种或类似行为？

这是一个纯语法问题，因为实现非常简单。下一个方法在功能方面完全实现了我想要的：

public static double ShortCircuitMultiply(double val, Func<double> anotherValue)
{
    var epsilon = 0.00000001;
    return Math.Abs(val) < epsilon ? 0 : val * anotherValue();
}

注意：此实现不完整：在 C# 中，如果将 0.0 与 Double.NaN 或 Double.NegativeInfinity 或 Double.PositiveInfinity，你会得到 NaN，但就 ShortCircuitMultiply 而言 - 只有零。让我们忽略这个细节，它在我的领域真的无关紧要。

所以现在如果我将其称为ShortCircuitMultiply(0.0, longOperation)，其中longOperation 是Func<double>，则不会评估最后一项，并且操作的结果实际上将为零。

问题是，正如我已经说过的，我会有很多 ShortCircuitMultiply 调用，我想让代码更具可读性。如果可能的话，我希望代码类似于0.0 * longOperation()。

---

另一个注意事项：我尝试在 double 上构建包装器并创建隐式强制转换为 double 并重载 * 运算符。我明白，这可能是多余的：我想实现可读性，但试图构建yet another wrapper。无论如何，下一个代码展示了我的意图：

class MyDouble
{
    double value;
    public MyDouble(double value)
    {
        this.value = value; 
    }

    public static MyDouble operator *(MyDouble left, MyDouble right) 
    {
        Console.WriteLine ("* operator call");
        return new MyDouble(left.value * right.value);
    }

    public static implicit operator double(MyDouble myDouble)
    {
        Console.WriteLine ("cast to double");
        return myDouble.value;
    }

    public static implicit operator MyDouble(double value)
    {
        Console.WriteLine ("cast to MyDouble");
        return new MyDouble(value);
    }
}

现在如果我选择：

MyDouble zero = 0;

Console.WriteLine (zero * longOperation()); //longOperation is still Func<double>

我收到了：

cast to MyDouble            
called longOperation        <-- want to avoid this (it's printed from longOperation body)
cast to double             
cast to MyDouble
* operator call
cast to double   
0

但如您所见，longOperation 早在调用重载运算符之前就已计算，我不能用Func 或Expression 替换其中一个参数以使其变得懒惰。

Answer 1

你可以为 double 编写一个扩展方法，但我不确定它是否真的是你想要的。

然后你可以有这样的代码：

double z = someNumberThatMightBeZero();
double r = z.Times(number);

其中number 是一个返回双精度值的方法。

using System;

namespace Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            double z = zero();
            double r = z.Times(number);
            Console.WriteLine(r);
        }

        static double zero()
        {
            return 0;
        }

        static double number()
        {
            Console.WriteLine("in number()");
            return 100;
        }
    }

    public static class DoubleExt
    {
        public static double Times(this double val, Func<double> anotherValue)
        {
            const double epsilon = 0.00000001;
            return Math.Abs(val) < epsilon ? 0 : val * anotherValue();
        }
    }
}

Answer 2

没有办法轻松地做你想做的事。 C# 语言是一种非常“急切”的语言，因为它总是在运行运算符之前评估操作数，即使您注意到，您可能会通过了解另一个而跳过一个。唯一的例外是 ? : 及其等价物 &&、|| 和 ??。 （都可以归结为? :。）

正如您正确指出的，您可以通过使用 lambda 来获得惰性； Func<T> 表示将按需计算的 T。但正如您也正确指出的那样，这样做的语法是相当重量级的。

如果您必须使用惰性算术，请考虑使用 Haskell 编写程序。它非常懒惰，我认为定义自己的运算符语义非常容易。 F# 也是一种选择，对于 C# 程序员来说可能更容易学习。

Answer 3

您的MyDouble 包装类的问题在于您通过直接调用longOperation 来使用它。由于*没有短路，所以会直接调用。

相反，您可以让包装器接受 Func<double> 作为第二个参数，而不是 double 值本身。所以它会像ShortCircuitMultiply 函数一样工作：

public static MyDouble operator *(MyDouble left, Func<double> right)
{
    return Math.Abs(left.value) < epsilon ? new MyDouble(0) : new MyDouble(left.value * right());
}

然后你会这样使用它：

MyDouble x = 0;
Console.WriteLine(x * LongOperation);

甚至链接也有效：

MyDouble x = 5;
Console.WriteLine(x * OperationReturingZero * LongOperation);

完整示例

class Program
{
    static void Main()
    {
        MyDouble x = 0;
        Console.WriteLine(x * LongOperation);

        MyDouble y = 5;
        Console.WriteLine(y * OperationReturningZero * LongOperation);

        Console.ReadLine();
    }

    private static double LongOperation()
    {
        Console.WriteLine("LongOperation");
        return 5;
    }

    private static double OperationReturningZero()
    {
        Console.WriteLine("OperationReturningZero");
        return 0;
    }
}

class MyDouble
{
    private static double epsilon = 0.00000001;
    private double value;

    public MyDouble(double value)
    {
        this.value = value;
    }

    public static MyDouble operator *(MyDouble left, Func<double> right)
    {
        Console.WriteLine("* (MyDouble, Func<double>)");
        return Math.Abs(left.value) < epsilon ? new MyDouble(0) : new MyDouble(left.value * right());
    }

    public static MyDouble operator *(MyDouble left, MyDouble right)
    {
        Console.WriteLine("* (MyDouble, MyDouble)");
        return new MyDouble(left.value * right.value);
    }

    public static implicit operator double(MyDouble myDouble)
    {
        Console.WriteLine("cast to double");
        return myDouble.value;
    }

    public static implicit operator MyDouble(double value)
    {
        Console.WriteLine("cast to MyDouble");
        return new MyDouble(value);
    }
}

输出：

cast to MyDouble
* (MyDouble, Func<double>)
cast to double
0
cast to MyDouble
* (MyDouble, Func<double>)
OperationReturningZero
* (MyDouble, Func<double>)
cast to double
0

Answer 4

我能看到的最接近的是这样的：

  struct LazyDouble {
    Func<double> Func;

    public LazyDouble(Func<double> func) : this() { Func = func; }

    public static implicit operator LazyDouble (double value) { 
      return new LazyDouble(()=>value); 
    }

    public static LazyDouble operator * (LazyDouble lhs, LazyDouble rhs) {
      var lhsValue = lhs.Func();
      if ( lhsValue == 0)
        return 0;
      else 
        return new LazyDouble(() => lhsValue * rhs.Func());
    }
    // other operators as necessary
  }