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UnitConversionLib：C# 中的智能单位转换库

Ehsan.MA

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2014 年 6 月 17 日

CPOL

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关于如何在 C# 中使用 UnitConversionLib 进行单位和数量转换的信息

下载源代码 (Codeplex)

引言

本文介绍 UnitConversionLib，这是一个开源库，用于在运行时转换单位、进行算术运算以及解析带单位的数量。本文中的代码是用 C# 编写的。您可以通过访问此链接从 Codeplex 下载该库。然后在页面右侧点击下载按钮。

链接和下载

UnitConversionLib 是一个在 Codeplex 上提供的开源库

https://unitconversionlib.codeplex.com

要下载它，请访问上面的链接，然后点击页面右侧的（紫色的）“下载”按钮，您应该会收到一个 .dll 文件。

背景

我是一名土木工程师，在学生时代，我经常接触许多数值和公式，有些是公制单位，有些是其他单位！因此，几年前，我尝试在 .NET 中创建一个库，让用户能够轻松地考虑数值的单位，并让机器完成繁重的工作。

创建 UnitConversionLib 的想法是

让用户能够使用 Visual Studio（任何版本，包括 Express 版）环境和 C# 代码来解析数量并进行算术运算。
让用户在运行时能够更改和处理 .NET 中的计量单位。

作为其开发者，我不保证该库的准确性和有效性，该库与其他许多开源库一样，是“按原样”提供的！

接下来，我将向您展示如何使用该库以及关于该库的简要信息。

*注意：您可能会在 Codeplex 的库代码中遇到一些拼写错误，对此表示歉意！

计量单位

有一个名为 UnitConversionLib.Unit 的 struct，它保存有关计量单位的信息。基本上，单位有两种类型：“基本单位”和“导出单位”。

基本单位是指不派生自任何其他单位的单位。例如，在 SI 制中，有 5 个基本单位，所有其他单位都派生自它们。
- 米
- 千克
- 第二种
- 安培
- 开尔文
- 摩尔
- 坎德拉
导出单位是指派生自基本单位的单位。在 SI 制中，除 5 个基本单位外，所有单位都派生自这 5 个基本单位。这里有一些例子。
- N=kg·m/s2
- Hz=1/s

*注意：在 UnitConversionLib 中，导出单位不实现为派生类。

库中预定义了所有 SI 基本单位（开尔文除外，请参阅 “一致单位”部分的注释）和一些 SI 导出单位。您可以从 Codeplex 上 UnitConversionLib 的 wiki 页面查看列表。

创建基本单位

尽管 SI 基本单位相当全面，但有时需要创建新的基本单位。与一些其他单位转换库不同，基本单位在 UnitConversionLib 中不是硬编码的，用户可以即时创建它们！例如，我们想创建一个“比特”基本单位。

Unit bit = Unit.CreateNew("b");//Create a new fundamental unit

您必须将单位的名称传递给 Unit.CreateNew() 方法，以供库识别。此名称将用于从 string 中解析单位。

创建导出单位

例如，我们想创建一个派生自比特的字节单位。

Unit B = bit * 8;

如您所见，Unit 类重载了 “*” 和 “/” 运算符。

创建 unit 后，您可以为其注册一个名称，以便从 string 中解析 units。

Unit.Register(ref B, "B");

例如，我们已将字节单位注册为大写“B”，并且我们可以通过以下任一方法解析此单位：

Unit unt0 = Unit.GetRegisteredUnit("B");//method 1: From registered library
Unit unt1 = Unit.Parse("B");//method 2: Parsing from string - simple format
Unit unt2 = "B";//method 3: <a href="http://msdn.microsoft.com/en-us/library/z5z9kes2.aspx">Implicit conversion!

在这种情况下，unt0、unt1 和 unt2 是相等的。由于 Unit 类重载了相等运算符（== 和 !=），您可以使用 == 运算符检查单位的相等性。

Debug.Assert(unt0 == unt1 && unt1 == unt2 && unt2 == unt3);

我们还将创建“KB”和“MB”，它们分别等于 1024 B 和 1024 KB。

Unit KB = B * 1024;
Unit.Register(ref KB, "KB");
Unit MB = KB * 1024;
Unit.Register(ref MB, "MB");

一旦我们注册了新的 Units KB 和 MB，我们就可以使用它们了。例如，下面的代码片段展示了创建单位“bps”（比特每秒）、“Bps”（字节每秒）和“KBps”（千字节每秒）的几种方法。

var bps = Unit.Parse("b") / Unit.Parse("sec");//using .Parse() method
Unit.Register(ref bps, "bps");
var Bps = Unit.Parse("B/sec");// Parsing complex unit from string
Unit.Register(ref Bps, "Bps");
var KBps = "KB" / Unit.Parse("sec");//using implicit conversion from string to unit
Unit.Register(ref KBps, "KBps");

一致单位

有些单位指向同一个来源，最好的例子是克和千克，它们都是质量单位，或者 N（牛顿）和 Kgf（千克力），它们都是力的单位。这些类型的单位是一致的，并且可以用一个恒定的系数相互转换，例如千克 = 1000.0 * 克，或 1 克 = 0.001 千克。

在 UnitConversionLib 中，一致单位可以相互转换，您可以使用 Unit.IsConvertibleTo() 方法进行检查。如果返回值是 true，则单位可以相互转换，转换系数通过第二个双精度参数给出，该参数使用 out 关键字指定（out 关键字表示方法执行后将设置参数值）。例如，下面的代码片段将检查千克 (Kg) 和克 (gr) 的一致性（尽管我们知道 Gr * 0.001 = kg）。

Debug.Assert(Unit.Parse("kg").IsConvertibleTo("gm", out coefficient));
Debug.Assert(coefficient==0.001);

*注意：在 UnitConversionLib 中，“开尔文”、“华氏度和摄氏度”之间无法相互转换，因为它们在 UnitConversionLib 中不一致，它们之间不存在恒定的系数（不像例如，千克和克，其中 1000 * 克 = 千克）。

测量数量

每个可测量数量都由一个值（数量级）和一个 Unit 组成。UnitConversionLib.Measurable struct 用于表示一个同时具有 Unit 和 Magnitude 的数量。与 UnitConversionLib.Unit struct 一样，Measurable 对象也重载了多个运算符，下面是运算符列表以及每个运算符的简要说明：

算术运算符	适用类型	描述
*	Measurable * Measurable	两个可测量数相乘
*	Measurable * double	可测量数乘以一个常数
^	Measurable ^ double	将可测量对象提升到指定幂
/	Measurable / Measurable	两个可测量数相除
/	Measurable / double	可测量数除以一个双精度数
/	double / Measurable	双精度数除以一个可测量数
+	Measurable + Measurable	两个可测量数相加（两个可测量数的单位必须一致）
==	Measurable == Measurable	确定两个可测量对象是否表示相等数量
!=	Measurable != Measurable	确定两个可测量对象是否表示相等数量

这是一个乘法和除法 Measurable 对象的示例，例如，汽车在 10 秒内行驶了 100 米的距离，汽车的平均速度将是 100 米 / 10 秒 = 10 米/秒。

var D = Measurable.Parse("100 m");
var T = Measurable.Parse("10 sec");
var V = D/T;
Console.WriteLine("{0:0.0}",V); // will show 10.0 m/sec

有用的代码片段

在这个片段中，存在几种在 UnitConversionLib 中解析和处理单位的方法。

//Creating and parsing units
Unit unt0 = Unit.GetRegisteredUnit("N");//From registered library
Unit unt1 = Unit.Parse("N");//Parsing from string - simple format
Unit unt2 = "N";//Implicit conversion
Unit unt3 = Unit.Parse("kg*m/sec^2");//Parsing from string - from expression (1)
Unit unt4 = Unit.Parse("kg*m/s^(ton/kg/500)");//Parsing from string - from expression (2)
Unit unt5 = Unit.Parse("kg*m/s^(kg/kg*2)");//Parsing from string - from expression (3)
Unit unt6 = Unit.Parse("kg*m") / (Unit.Parse("sec") ^ 2);//Parsing from string - from expression (4)

Unit kg = Unit.Parse("kg");
Unit m = Unit.Parse("m");
Unit sec = Unit.Parse("sec");
Unit unt7 = kg * m / (sec ^ 2);//Evaluating through runtime

Debug.Assert(unt0 == unt1 && unt1 == unt2 && unt2 == unt3 && 
unt3 == unt4 && unt4 == unt5 && unt5 == unt6 && unt6 == unt7);

Unit unt8 = Unit.Parse("kg*m/s^(kg)");//will raise error, a unit cannot be placed in power 

//In Action I:

Measurable meu0 = Measurable.Parse("100 N");
Measurable meu1 = "100 N";
Measurable meu2 = new Measurable(unt0, 100);

Debug.Assert(meu0 == meu1);

Measurable meu3 = meu0.ConvertTo("kgf");
Debug.Assert(meu3.Amount == 1000);
Debug.Assert(meu3.Unit == "kgf");
 

//In action II, calculating average acceleration
 

Measurable deltax = "100 m";
Measurable deltaT = "10 sec";
Measurable scUnit = "2 kg/kg";

Measurable avgAccl = deltax / (deltaT ^ scUnit);//which is 1 m/sec^2

Debug.Assert(avgAccl.Amount == 1);
Debug.Assert(avgAccl.Unit == "m/  sec^2");

//In action III: creating new units

Unit bit = Unit.CreateNew("b");
Unit B = bit * 8;
Unit.Register(ref B, "B");
Unit KB = B * 1024;
Unit.Register(ref KB, "KB");
Unit MB = KB * 1024;
Unit.Register(ref MB, "MB");
Unit GB = MB * 1024;
Unit.Register(ref GB, "GB");
Unit TB = GB * 1024;
Unit.Register(ref TB, "TB");

Unit bps = bit / Unit.GetRegisteredUnit("sec");
Unit.Register(ref bps, "bps");
Measurable smb = "100 MB/sec";
Measurable sb = smb.ConvertTo("bps");// 100 MB = 100*1024*1024*8 b = 838860800 b

Debug.Assert(sb.Amount == 838860800);
Debug.Assert(sb.Unit == bit / "sec");

常量

还有一个名为 UnitConversionLib.Consts 的 static 类，它包含一些有用的系数。

public static class Consts
{
    public static readonly double Yotta = 1e+24;
    public static readonly double Zetta = 1e+21;
    public static readonly double Exa = 1e+18;
    public static readonly double Peta = 1e+15;
    public static readonly double Terra = 1e+12;
    public static readonly double Giga = 1e+9;
    public static readonly double Mega = 1e+6;
    public static readonly double Kilo = 1e+3;
    public static readonly double Hecto = 1e+2;
    public static readonly double Deca = 1e+1;

    public static readonly double Deci = 1e-1;
    public static readonly double Centi = 1e-2;
    public static readonly double Milli = 1e-3;
    public static readonly double Micro = 1e-6;
    public static readonly double Nano = 1e-9;
    public static readonly double Pico = 1e-12;
    public static readonly double Femto = 1e-15;
    public static readonly double Atto = 1e-18;
    public static readonly double Zeppto = 1e-21;
    public static readonly double Yocto = 1e-24;
}

您可以这样使用 UnitConversionLib.Consts 类：

Unit km = Unit.Parse("m") * Consts.Kilo;

异常

并非所有错误都会在 UnitConversionLib 中抛出适当的异常，修复代码还需要更多时间。但是，有一个 UnitConversionLibException 类和一个 UnitParsingException，它们将在发生错误时（但并非所有错误）抛出，并附带适当的消息（可通过 Exception.Message 属性访问）。

结论

本文介绍了如何使用开源库“UnitConversionLib”，该库用于在 .NET 中处理可测量数量和单位转换。您可以通过访问此链接从 Codeplex 下载它。然后点击页面右侧的下载按钮。

历史

2014 年 6 月 18 日：初始版本