教程：浏览接口中的静态虚拟成员

使用接口静态虚拟成员 可以定义包含 重载运算符 或其他静态成员的接口。 使用静态成员定义接口后，可以使用这些接口作为 约束 来创建使用运算符或其他静态方法的泛型类型。 即使未使用重载运算符创建接口，也可能会受益于此功能和语言更新启用的泛型数学类。

本教程中，您将学习如何：

• 定义具有静态成员的接口。
• 使用接口来定义那些已定义运算符的接口的实现类。
• 创建依赖于静态接口方法的泛型算法。

先决条件

• 最新的 .NET SDK
• Visual Studio Code 编辑器
• C# 开发套件

静态抽象接口方法

让我们从一个示例开始。 以下方法返回两 double 个数字的中点：

public static double MidPoint(double left, double right) =>
    (left + right) / (2.0);

同一逻辑适用于任何数字类型：int、、shortlong、floatdecimal或表示数字的任何类型。 你需要有一种方法来使用 + 和 / 运算符，并定义一 2个值。 可以使用 System.Numerics.INumber<TSelf> 接口将上述方法编写为以下泛型方法：

public static T MidPoint<T>(T left, T right)
    where T : INumber<T> => (left + right) / T.CreateChecked(2);  // note: the addition of left and right may overflow here; it's just for demonstration purposes

实现INumber<TSelf>接口的任何类型必须包括operator +和operator /的定义。 由T.CreateChecked(2)定义的分母为任何数值类型创建2值，这要求分母与这两个参数的类型相同。 INumberBase<TSelf>.CreateChecked<TOther>(TOther) 从指定值创建类型的实例，如果值超出可表示范围，则会引发 OverflowException。 （如果left和right两个值都足够大，此实现有可能溢出。有一些替代算法可以避免这种潜在问题。）

使用熟悉的语法在接口中定义静态抽象成员：将static和abstract修饰符添加到没有提供实现的任何静态成员。 以下示例定义一个 IGetNext<T> 接口，该接口可应用于替代 operator ++的任何类型：

public interface IGetNext<T> where T : IGetNext<T>
{
    static abstract T operator ++(T other);
}

类型参数 T实现 IGetNext<T> 的约束可确保运算符的签名包括包含类型或其类型参数。 许多运算符要求其参数必须与指定类型匹配，或者是定义为实现包含类型的受约束类型参数。 如果没有此约束，则无法在 IGetNext<T> 接口中定义 ++ 运算符。

可以创建这样一个结构，它会生成一个由“A”字符组成的字符串，其中每次增量操作都会使用以下代码在字符串中添加一个字符：

public struct RepeatSequence : IGetNext<RepeatSequence>
{
    private const char Ch = 'A';
    public string Text = new string(Ch, 1);

    public RepeatSequence() {}

    public static RepeatSequence operator ++(RepeatSequence other)
        => other with { Text = other.Text + Ch };

    public override string ToString() => Text;
}

更通常，可以生成任何算法，其中你可能希望定义 ++ 以表示“生成此类型的下一个值”。使用此接口可生成明确的代码和结果：

var str = new RepeatSequence();

for (int i = 0; i < 10; i++)
    Console.WriteLine(str++);

前面的示例生成以下输出：

A
AA
AAA
AAAA
AAAAA
AAAAAA
AAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAAA
AAAAAAAAAA

此小示例演示了此功能的动机。 您可以对运算符、常量值和其他静态操作运用自然的语法。 创建依赖于静态成员（包括重载运算符）的多个类型时，可以探索这些技术。 定义与类型功能匹配的接口，然后声明这些类型的对新接口的支持。

泛型数学

允许静态方法（包括运算符）在接口中的激励方案是支持 泛型数学 算法。 .NET 7 基类库包含多种算术运算符的接口定义，以及在接口 INumber<T> 中将多种算术运算符组合的派生接口。 让我们应用这些类型来构建一个可以使用任何数值类型的 Point<T> 记录以适用于 T。 可以使用+运算符，将点通过XOffset和YOffset移动。

首先，使用 dotnet new 或 Visual Studio 创建新的控制台应用程序。

公共接口Translation<T>Point<T>应类似于以下代码：

// Note: Not complete. This won't compile yet.
public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset);

public record Point<T>(T X, T Y)
{
    public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right);
}

record 用于 Translation<T> 类型和 Point<T> 类型：两者都存储两个值，表示数据存储，而不是复杂的行为。 实现 operator + 类似于以下代码：

public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right) =>
    left with { X = left.X + right.XOffset, Y = left.Y + right.YOffset };

要编译以前的代码，需要声明该 T 接口支持 IAdditionOperators<TSelf, TOther, TResult> 。 该接口包括 operator + 静态方法。 它声明了三个类型参数：一个用于左操作数，一个用于右操作数，一个用于结果。 某些类型针对不同的作数和结果类型实现 + 。 请添加一个声明，说明类型参数 T 实现了 IAdditionOperators<T, T, T>。

public record Point<T>(T X, T Y) where T : IAdditionOperators<T, T, T>

添加该约束后，类 Point<T> 可以使用 + 其加法运算符。 对Translation<T>声明添加相同的约束：

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) where T : IAdditionOperators<T, T, T>;

该 IAdditionOperators<T, T, T> 约束可防止使用您的类的开发人员通过不符合约束的类型创建 Translation，用于添加到一个点。 已向类型参数 Translation<T> 添加了必要的约束， Point<T> 因此此代码有效。 可以通过在Program.cs文件中，在Translation和Point的声明上方添加如下代码进行测试：

var pt = new Point<int>(3, 4);

var translate = new Translation<int>(5, 10);

var final = pt + translate;

Console.WriteLine(pt);
Console.WriteLine(translate);
Console.WriteLine(final);

可以通过声明这些类型实现适当的算术接口，使此代码更具可重用性。 要做的第一个更改是声明Point<T, T>实现IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>>接口。 该 Point 类型使用不同的操作数和结果类型。 该 Point 类型已实现具有该签名的接口 operator + ，因此只需将接口添加到声明：

public record Point<T>(T X, T Y) : IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>

最后，执行加法时，具有定义该类型的累加标识值的属性非常有用。 此功能有一个新的接口： IAdditiveIdentity<TSelf,TResult>。 翻译{0, 0}是加法恒等元：生成的点与左操作数相同。 该 IAdditiveIdentity<TSelf, TResult> 接口定义一个只读属性， AdditiveIdentity该属性返回标识值。 Translation<T>需要进行一些更改才能实现此接口：

using System.Numerics;

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) : IAdditiveIdentity<Translation<T>, Translation<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>, IAdditiveIdentity<T, T>
{
    public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
        new Translation<T>(XOffset: T.AdditiveIdentity, YOffset: T.AdditiveIdentity);
}

此处有一些更改，因此让我们逐个浏览它们。 首先，声明 Translation 类型实现 IAdditiveIdentity 接口：

public record Translation<T>(T XOffset, T YOffset) : IAdditiveIdentity<Translation<T>, Translation<T>>

接下来，可以尝试实现接口成员，如以下代码所示：

public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
    new Translation<T>(XOffset: 0, YOffset: 0);

前面的代码无法编译，因为它依赖于类型。 答案：使用IAdditiveIdentity<T>.AdditiveIdentity来实现0。 这项更改意味着您的约束现在必须包括T实现IAdditiveIdentity<T>。 这会导致以下实现：

public static Translation<T> AdditiveIdentity =>
    new Translation<T>(XOffset: T.AdditiveIdentity, YOffset: T.AdditiveIdentity);

添加该约束 Translation<T>后，需要向以下项添加相同的约束 Point<T>：

using System.Numerics;

public record Point<T>(T X, T Y) : IAdditionOperators<Point<T>, Translation<T>, Point<T>>
    where T : IAdditionOperators<T, T, T>, IAdditiveIdentity<T, T>
{
    public static Point<T> operator +(Point<T> left, Translation<T> right) =>
        left with { X = left.X + right.XOffset, Y = left.Y + right.YOffset };
}

此示例展示了泛型数学中接口的构成方式。 你已了解如何执行以下操作：

• 编写依赖于 INumber<T> 接口的方法，以便该方法可用于任何数值类型。
• 生成依赖于添加接口的类型来实现仅支持一个数学运算的类型。 该类型声明了对这些接口的支持，以便可以通过其他方式进行组合。 这些算法是使用数学运算符最自然的语法编写的。

试验这些功能并注册反馈。 可以在 Visual Studio 中使用 “发送反馈 ”菜单项，也可以在 GitHub 上的 roslyn 存储库中创建新 问题 。 生成可用于任何数值类型的泛型算法。 使用这些接口生成算法，其中类型参数仅实现一部分类似数字的功能。 即使没有生成使用这些功能的新接口，也可以尝试在算法中使用它们。

另请参阅

• 泛型数学