C# 事件淺析

来源:http://www.cnblogs.com/ldyblogs/archive/2017/11/01/event.html
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前言 對於搞.net的朋友來說,經常會遇到關於事件和委托的問題:事件與委托有什麼關係?事件的本質是什麼?委托的本質又是什麼?由於.net 做了大量的封裝,對於初學者,這兩個概念確實不怎麼好理解。事件是用戶與應用程式交互的基礎,它是回調機制的一種應用。舉個例子,當用戶點擊按鈕時,我們希望彈出一句“您好 ...


前言

  對於搞.net的朋友來說,經常會遇到關於事件和委托的問題:事件與委托有什麼關係?事件的本質是什麼?委托的本質又是什麼?由於.net 做了大量的封裝,對於初學者,這兩個概念確實不怎麼好理解。事件是用戶與應用程式交互的基礎,它是回調機制的一種應用。舉個例子,當用戶點擊按鈕時,我們希望彈出一句“您好”;這裡的【點擊】就是一個事件;那麼回調就是我們註冊一個方法,當用戶點擊時,程式自動執行這個方法去響應這個操作,而不是我們時刻去監聽用戶有沒有點擊。

  上一篇已經介紹了委托的相關知識,它就是.net用來實現回調機制的技術,而事件又是回調機制的一種應用,在學習事件前,應該先學習好委托的知識。有了委托的基礎,接下來就讓我們一步步走進事件。

一、使用事件

  假設場景:有一個郵件管理員(事件擁有者),它賦值接收郵件,當郵件到來時(事件),郵件可以交給傳真員和列印員處理(事件訂閱者)。很明顯,郵件到來的時間只有郵件管理員知道,傳真員和列印員也不可能時刻去詢問有沒有新郵件,而是應該由管理員主動來通知(回調),但他們也要先告訴管理員,新郵件到來時,我需要處理(訂閱)。這裡接收新郵件就是一個事件,郵件有一定的信息(事件附加信息),例如:發送人、接收人,內容。接下來我們通過這個過程來瞭解事件。

  1. 定義事件所需要的附加信息

  按照約定,所有的事件的附加信息都應該從EventArgs派生,因為我們希望一看就知道這是個事件附加信息參數,而不是其它的。EventArgs的定義如下:

public class EventArgs {
    public static readonly EventArgs Empty = new EventArgs();
    public EventArgs() {}
}

可以看到,該類有一個靜態只讀欄位Empty,這是一個單例;與String.Empty一樣,當我們需要一個空的EventArgs時,應該使用EventArgs.Empty,而不是重新去new一個。

  我們定義一個NewMailEventArgs參數,如下:

class NewMailEventArgs : EventArgs
{
    private string from;
    private string to;
    private string content;
 
    public string From { get { return from; } }
    public string To { get { return to; } }
    public string Content { get { return content; } }
 
    public NewMailEventArgs(string from,string to,string content)
    {
        this.from = from;
        this.to = to;
        this.content = content;
    }
}

2. 定義事件

  c#里定義事件用到了event關鍵字,而且事件一般都是公開類型的。我們定義一個NewMail事件如下:

public event EventHandler<NewMailEventArgs> NewMail;

我們說NewMail是一個事件,但.net並沒有事件這種類型。實際上,這裡它是一個EventHandler<TEventArgs>委托(委托又是引用類型),只不過用了event進行修飾,也可以說它是一種具有事件性質的委托。

  我們知道委托是用來包裝回調函數的,它的本質是一個class,回調函數的簽名必須與委托的簽名一致。一個事件可以有多個處理函數,一個函數就會被包裝成一個委托對象,所有的委托對象都保存在NewMail的委托鏈當中。所以,觸發NewMail事件,其實就是遍歷其指向的委托對象的委托鏈,執行每個委托對象所包裝的方法。(不清楚可以看委托)

  EventHandler 是個泛型委托,他的定義如下:

public delegate void EventHandler<TEventArgs>(object sender, TEventArgs e);

 這裡有兩個特點:1. 返回值是void,這是因為事件處理函數一般不需要有返回值,.net中大部分的事件處理函數都是沒有返回值的。2. object類型的sender參數,這表示事件的擁有者;這也很符合邏輯,我們除了要拿到實際的附加信息外,還要知道事件是從哪裡來的;至於為什麼是object類型的,是因為這樣可以給更多的類型使用。

  3. 定義事件觸發函數  

//3.定義觸發事件的方法
protected virtual void OnNewMail(NewMailEventArgs e)
{
    /* 第1種做法            
     if(this.NewMail != null)
     {
        this.NewMail(this,e);
     }            
     */
     
    /* 第二種做法
    EventHandler<NewMailEventArgs> temp = this.NewMail;
    if (temp != null)
    {
        temp(this, e);
    }
    */
 
    //第三種做法
    EventHandler<NewMailEventArgs> temp = Interlocked.CompareExchange(ref this.NewMail, null, null);
    if (temp != null)
    {
        temp(this, e);
    }
}

第一種做法是很常見的做法,判斷不為空,然後就觸發。CLR里提到這是線程不安全的做法,因為單我們判斷不為空後,準備執行時,另一個線程將從委托鏈將委托移除,此時變成了空,引發NullReferenceException異常。第二、三種做法都是線程安全的,因為它通過一個臨時委托變數(委托鏈保存了所有委托),通過上一篇對委托鏈的瞭解,我們知道對委托鏈進行Combine/Remove實際都會創建一個新的數組對象,此時對temp沒有影響。但實際上事件主要在單線程的環境下使用,所以一般也不會出現這種問題。

  4. 包裝好事件參數,調用事件觸發函數。

public void ReceiveNewMail(string from, string to, string content)
{
    NewMailEventArgs e = new NewMailEventArgs(from, to, content);
    OnNewMail(e);
}

接下來,對該事件感興趣的,就可以對該事件進行註冊。

class Fax
{
    public Fax(MailManager mm)
    {
        mm.NewMail += FaxMsg;
    }
 
    private void FaxMsg(object sender, NewMailEventArgs e)
    {
        Console.WriteLine(string.Format("fax receive,from:{0} to:{1} content is:{2}", e.From, e.To, e.Content));
    }
}

二、事件揭秘

  前面我們已經提到事件的本質是委托,或者說是委托的一種應用。要深入理解事件,我們通過ILDasm.exe查到定義事件而生成的代碼。

public event EventHandler<NewMailEventArgs> NewMail;  

可以看到當我們定義一個NewEvent時,編譯器幫我們生成了:1. 一個private NewMail 欄位,類型為 EventHandler<NewMailEventArgs>。 2.一個 add_NewMail 方法,用於將委托添加到委托鏈(內部調用了Delegate.Combine方法)。3.一個 remove_NewMail 方法,用於將委托從委托鏈移除(內部調用了Delegate.Remove方法)。對事件的操作,就是是對NewMail欄位的操作。

  現在我們知道了,事件的本質就是委托,定義事件就是定義委托。只不過編譯器隱藏了這個過程。那為什麼不直接使用委托呢?

三、為什麼不直接用委托

  我們知道,事件的本質是委托,那用事件實現的地方,用委托也完成可以實現。上面的代碼,我們完全可能這樣寫來達到相同的目的:

class MailManager
{
    public EventHandler<EventArgs> NewMail;       
 
    public void RaiseNewMail()
    {
        if (NewMail != null)
        {
            NewMail(this, EventArgs.Empty);
        }
    }
}

外部調用:

class Fax
{
    public Fax(MailManager mm)
    {
        mm.NewMail += FaxNewMail;
    }
 
    public void FaxNewMail(object sender, EventArgs e)
    {
        Console.WriteLine("Fax New Mail 處理成功");
    }
}

對於維護對象狀態的欄位我們往往不設計為公開類型,因為外部完全可以隨意改變它,這不是我們想看到的。例如上面那樣寫,我們可以在外部直接就調用NewMail的Invoke方法。而且對於欄位,我們無法控制具體的獲取和設置過程,要控制就需要定義一個Get_ 方法,一個Set_方法,對於委托類型來說,就是Add_和Remove_。對於每個事件,都去定義Add_/Remove_是非常麻煩的。說到這裡我們會馬上連想到屬性的設計,沒錯,屬性是用Get_/Set_方法提供訪問私有欄位(非委托)的方法,事件就是用Add_/Remove_方法提供訪問私有委托欄位的方法。

四、顯示實現事件

   我們知道隱式實現屬性時,編譯器會為我們生成一個private的欄位,例如:public string Name{get;set;} 會自動生成一個 _name欄位。但是我們顯示實現時,編譯器就不會為生成了。例如下麵的寫法:

public string Name
{
    get{return "Tom";}
    set{}
}

對於事件來說顯示實現就是:

private EventHandler<NewMailEventArgs> _newMail;
public event EventHandler<NewMailEventArgs> NewMail
{
    add
    {
        _newMail += value;
    }
    remove
    {
        _newMail -= value;
    }
}

Control 的 EventHandlerList

  對於 Control 來說,它定義了大量的事件(定義事件就是定義委托),而這些事件不一定都會用到,所以這會浪費大量的記憶體。所以 Control 里的事件都是顯示實現的,並且將委托保存在一個EventHandlerList集合中,這是一個key-value的集合。這樣需要處理哪些事件就只要添加相應的委托即可,看起來像是這樣的:

class Control
{
    private EventHandlerList events;
    protected EventHandlerList Events
    {
        get
        {
            if (this.events == null)
            {
                this.events = new EventHandlerList();
            }
            return this.events;
        }
    }
 
    private static readonly object _clickEventObj = new object();
    private static readonly object _mouseOverEventObj = new object();       
 
    public event EventHandler<EventArgs> Click
    {
        add
        {
            this.Events.AddHandler(_clickEventObj, value);
        }
        remove
        {
            this.Events.RemoveHandler(_clickEventObj, value);
        }
    }
 
    public event EventHandler<EventArgs> MouseOver
    {
        add
        {
            this.Events.AddHandler(_mouseOverEventObj, value);
        }
        remove
        {
            this.Events.RemoveHandler(_mouseOverEventObj, value);
        }
    }
}

也就是我們針對每個事件定義一個 object 類型作為集合的key,雖然會定義許多object,但object的代價比委托的要小很多。

  至此我們應該知道:委托的本質是引用類型,用於包裝回調函數,委托用於實現回調機制;事件的本質是委托,事件是回調機制的一種應用。  

以上動圖由“圖鬥羅”提供


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