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C# 中的相等运算符 (==) 和值类型

Ehsan Sajjad
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2017年1月22日

CPOL

8分钟阅读

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在本文中，您将了解非原始值类型的相等运算符 (==) 的行为。

背景

本文是对 .NET 中相等性如何工作的系列文章的延续，目的是让开发人员更清楚地理解 .NET 如何处理不同类型的相等性。我们已经看到了原始类型、引用类型相等性的工作方式，我们还单独讨论了 String 类型的相等性是如何工作的。以下是我们到目前为止所理解的一些要点。

到目前为止的关键知识点

  • 默认情况下，virtual Object.Equals 方法对引用类型执行引用相等性，对值类型执行值相等性，但对于值类型，它使用反射，这对于值类型来说会带来性能开销，并且任何类型都可以 override Object.Equals 方法来更改其相等性检查逻辑，例如 String, Delegate 和 Tuple 就是这样做的，以提供值相等性，即使它们是引用类型。
  • Object 类还提供了一个 static Equals 方法，当其中一个或两个参数可能为 null 时可以使用该方法，除此之外，它的行为与 virtual Object.Equals 方法完全相同。
  • 还有一个 static ReferenceEquals 方法，它提供了一种保证检查引用相等性的方法。
  • IEquatable<T> 接口可以实现到某个类型上，以提供强类型的 Equals 方法，该方法还可以避免值类型的装箱。它已为原始数值类型实现，但不幸的是，微软在 FCL( Framework Class Library ) 中对其他值类型的实现并不积极。
  • 对于 Value Types，使用 == operator 会得到与调用 Object.Equals 相同的结果，但 == operator 的底层机制在 IL( Intermediate Language ) 中与 Object.Equals 不同，因此不会调用为该原始类型提供的 Object.Equals 实现，而是会调用一个 IL 指令 ceq ，该指令表示比较当前加载到堆栈上的两个值，并使用 CPU 寄存器执行相等性比较。
  • 对于 Reference Types，== operator 和 Object.Equals 方法调用在后台的工作方式不同，可以通过检查生成的 IL 代码来验证。它还使用 ceq 指令来比较内存地址。

如果以上几点对您来说没有意义，最好从头开始阅读，以下是相关先前内容的链接

值类型的相等运算符

我们已经了解到相等运算符对于原始类型和引用类型的作用。有一个我们还没有测试过的情况，那就是非原始值类型会发生什么。这次，我们将重点关注值类型。

我们将使用之前使用过的相同示例，因此我们将声明一个 Person 类型为 struct，并且我们将比较两个实例，看看它们是否相等，而不是使用我们之前做过的 Object.Equals 方法，我们知道它执行值比较，这非常低效，因为对于值类型，它会使用反射来迭代字段并检查每个字段的相等性，但相反，我们将使用 == operator 来比较两个 Person 类型 对象。

Person 类型定义如下

public struct Person
{        
    public string Name  { get; set; }    

    public Person(string name)
    {        
        Name = name;
    }

    public override string ToString()
    {

       return Name;
    }
}

如果我们将在 Main 中编写以下代码并构建项目，我们会看到什么

class Program
{       
    static void Main(String[] args)        
    {      
        Person p1 = new Person("Ehsan Sajjad");            
        Person p2 = new Person("Ehsan Sajjad");     

        Console.WriteLine(p1.Equals(p2));
        Console.WriteLine(p1 == p2);
        Console.ReadKey();
    }
}

当我们尝试构建上述程序时，第一行我们使用 Equals 方法比较 p1 和 p2 将没有问题，但生成在第 2 行使用 == 运算符的代码会失败，并出现以下错误消息

运算符‘==’不能应用于类型为‘Person’和‘Person’的操作数

因此，上述内容使我们清楚了一点：相等运算符对于非原始值类型没有任何作用，要使用相等运算符对非原始值类型，我们需要为该类型提供运算符重载。

让我们修改上面的示例，为 Person struct 添加相等运算符重载，我们现在将指定 == 运算符对于比较的两个 Person 对象应该做什么，如果我们想提供重载 == 运算符的实现，使其在用于两个 Person 类型对象时执行我们指定的操作，则语法如下

public static bool operator ==(Person p1, Person p2)
{
}

在 Person struct 中添加上述代码后，我们将能够编译 Program 的 Main 方法中的代码，但请注意，这仍然无法编译，因为根据签名，重载的返回类型是 bool，但我们没有返回任何内容，这只是为了说明如何为用户定义的 Value Type 编写 == 运算符重载实现。

我们在之前的某个帖子中看到 String 重载了相等运算符，以确保它与 Equals 方法执行相同的操作，因此，每当您定义新类型时，请确保它对方法和运算符执行相同的操作，如果我们提供其中之一，通常是件好事。以下是一个代码示例，可以帮助我们理解为什么这是一个好习惯

class Program
{
     static void Main(string[] args)
     {
         Tuple<int int,int> tuple1 = Tuple.Create(1, 2);
         Tuple<int int,int> tuple2 = Tuple.Create(1, 2);

         Console.WriteLine(ReferenceEquals(tuple1, tuple2));
         Console.WriteLine(tuple1.Equals(tuple2));

         Console.WriteLine(tuple1 == tuple2);
         Console.Read();
     }
}

您可以看到，我们正在实例化两个包含相同值的元组，即 1 和 2，Tuple 是一个泛型类，属于微软提供的 Framework Class Libraries，它只是提供了一种将几个值组合到一个对象中的方法。Tuple.Create(1, 2); 是实例化新元组的一种更简洁的方式，可以节省开发人员在代码中显式编写泛型类型。

现在我们正在比较元组以查看它们是否相等，Tuple 是一个引用类型，所以我们正在使用 ReferenceEquals 检查来确认我们处理的是两个不同的实例，接下来我们正在比较它们是否相等使用 Equals 方法，最后我们使用相等运算符（也称为 == 运算符）进行比较。让我们运行这个程序，下面是该程序的输出

对某些人来说，结果可能令人惊讶，我们可以看到 ReferenceEquals 返回了 false，这意味着它们都是不同的实例，但是 == operator 和 Equals 方法返回了相反的结果，== operator 说两者不相等，而 Equals 方法说它们相等。

实际上发生的是 Tuple 重载了 Equals 方法，使其能够检查对象的价值相等性。微软认为，当您处理一个目的只是封装几个字段的类型时，这可能就是您想要的相等性含义，因此，由于两个 Tuple 实例具有相同的值，Equals 方法会说它们是相等的，但 Microsoft 没有提供 == operator 的重载，这意味着 == operator 只是做了它应该做的事情，并且对于不提供重载的引用类型将始终执行此操作，并检查引用相等性，在这种情况下返回 False ，因为它们是不同的实例。

我敢肯定这会让您感到困惑，当然，这种行为很令人困惑，在我深入研究它的时候，它也让我感到困惑。几乎没有人会期望这种行为，强烈建议不要将此类行为添加到我们定义的任何类型中。

如果您 override 了相等性，那么最好提供 == operator 重载，以确保方法和运算符始终给出相同的结果，如果您实现了 IEquatable<T> 接口，那么也应该为该接口做同样的事情。

== 运算符和 Object.Equals 方法的比较

最后，让我们快速看看 == 运算符和 Equals 方法在行为方面有何不同

  • 对于原始类型，例如 int, float, long, bool 等，== operator 和 Object.Equals 方法都会比较值，也就是说，1 等于 1，但 1 不等于 0
  • 对于大多数 Reference Types，== operator 和 Object.Equals 方法默认都会比较引用，您可以将 == 运算符重载或 Object.Equals 方法重写来修改此行为，但如果您希望两者的行为保持一致，并且不想让其他开发人员和您自己感到意外，那么您必须同时执行这两项操作（重载 == 运算符并重写 Equals 方法）。
  • 对于非原始值类型，Object.Equals 方法将使用反射进行值相等性比较，这很慢，这当然是重写后的行为，但相等运算符默认情况下不适用于值类型，除非您为该类型重载 == 运算符，正如我们在上面的示例中看到的。
  • 还有一个细微的差别是，对于引用类型，如果第一个参数是 null，则 virtual Equals 方法将无法工作，但这微不足道，作为一种解决方法，可以使用 static Equals 方法，该方法将要比较的两个对象都作为参数。

摘要

因此，在以上所有观点和讨论之后，我们可以得出结论，很多时候，运算符和方法在实践中会给出相同的结果，但由于运算符的语法非常方便，开发人员大多数时候更喜欢运算符。在下一篇文章中，我们将讨论在哪些情况下 == 运算符可能不是首选，而是 Equals 方法更可取。

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