原则2:偏爱 readonly 而不是 const

By D.S.Qiu

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C# 有两种常量:编译时常量和运行时常量。它们有不同的行为,不当使用会花费性能或出现错误。如果不得不选择其中一个,宁可是一个慢一点但正确的程序,而不是一个快速但会出错的程序。出于这个考虑,你应该更偏向于运行时常量而不是编译时常量。编译时常量会比编译时常量稍微快点,但更不灵活。只有当性能是一个致命因素而且要求常量不随版本发生改变时才会保留编译时常量。

你可以使用 readonly 关键字声明运行时常量。使用 const 关键字声明编译器常量:

// Compile time constant:
public const int Millennium = 2000;
// Runtime constant:
public static readonly int ThisYear = 2004;

上面的代码可以出现类或结构体的作用域(scope)中。编译时常量还可以在方法体中声明。运行时常量不能在方法体重声明。

编译时常量和运行时常量访问方式不同导致不同的行为。在目标代码中编译时常量会被替换成常量值。比如下面代码:

// Compile time constant:
public const int Millennium = 2000;
// Runtime constant:
public static readonly int ThisYear = 2004;

会和下面写法的编译的 IL 代码是一样的:

if (myDateTime.Year == 2000)

运行时常量的值是在运行时得到的。当你引用一个只读(read-only)常量, IL 会引用一个 readonly 变量而不是直接使用值。

使用编译时常量和运行时常量还有不同的限制。编译时常量只能在基本类型(内建整数和浮点数类型),枚举类型,或字符串。编译时常量要求类能用有意义的常量赋值初始化。而只有基本类型才能在 IL 代码中使用常量(literal values)来替换。不能使用使用 new 操作法初始化编译时常量,即使它是一个值类型:

// Does not compile, use readonly instead:
private const DateTime classCreation = new
    DateTime(2000, 1, 1, 0, 0, 0);

编译时常量只能使用与数字和字符串。只读(Read-only)变量也是常量,即不能在构造函数完成之后再修改。但只读变量是在运行时赋值。这会比编译时常量更灵活。首先,运行时常量可以是任何类型。你必须在构造函数或者直接初始化。你可以让 DateTime 结构体变为 readonly 值;但不能使用 const 创建 DateTime 值。

readonly 值可以是实例类型(instance)常量,让一个类的实例存储不同值。而编译时常量则是被定义为 static 常量的。

只读变量最重要的不同在于运行时才确定值。当你引用一个只读变量, IL 会为你产生一个指向只读变量的引用,而不是值。这种差异将对维护上产生深远的影响。编译时常量产生的 IL 代码就跟直接使用数值变量时一样的,即使是跨程序集:一个程序集的常量在另一个程序集还是被替换为数值。

编译时常量和运行时常量的赋值方式会影响运行时的兼容性。假设你在程序集 Infrastructure 中同时定义了 const 和 readonly 域:

public class UsefulValues 
{
    public static readonly int StartValue = 5; 
    public const int EndValue = 10;
}

在另外一个程序集,你引用这两个值:

for (int i = UsefulValues.StartValue; 
    i < UsefulValues.EndValue; i++) 
    Console.WriteLine("value is {0}", i);

如果你运行这个简单的测试程序,很明显你会得到下面的输出:

Value is 5
Value is 6
...
Value is 9

一段时间后,你发布新版本的 Infrastructure 程序集并作下面的改动:

public class UsefulValues 
{
    public static readonly int StartValue = 105; 
    public const int EndValue = 120;
}

你只发布程序集 Infrastructure 而没有重新编译全部应用程序。你希望得到下面的结果:

Value is 105
Value is 106
...
Value is 119

实际上,你不会得到任何输出。循环条件开始于105,结束于10。 C# 编译器用10替换应用程序集的 const 变量而不是指向存储 EndValue 的引用。 StartValue 的情况趋势截然不同。因为它被声明为 readonly :在运行时确定值。因此,应用程序集能不用重新编译就能充分利用新值;只要很简单地按照更新版本的 Infrastructure 程序集就可以改变使用该变量的值。更新 public const 变量的值应该当做接口的变化。更新只读常量的值只是实现的改变,兼容客户端的二进制代码。

另一方法,有时候某些值的确需要是编译时常量。例如:考虑使用编译时常量标记对象的序列化版本(查看原则27)。标记特定版本号的持久化值要使用编译时常量,它们决不会发生改变。但当前的版本号应该是一个运行时常量,随着版本不同而改变。

private const int Version1_0 = 0x0100; 
private const int Version1_1 = 0x0101; 
private const int Version1_2 = 0x0102; 
// major release: 
private const int Version2_0 = 0x0200;
// check for the current version: 
private static readonly int CurrentVersion =
    Version2_0;

你会使用运行时常量存储每个文件的当前版本号:

// Read from persistent storage, check 
// stored version against compile-time constant: 
protected MyType(SerializationInfo info,
    StreamingContext cntxt) 
{
    int storedVersion = info.GetInt32("VERSION"); 
    switch (storedVersion) 
    {
        case Version2_0: 
            readVersion2(info, cntxt); 
            break;
        case Version1_1: 
            readVersion1Dot1(info, cntxt); 
            break;
        // etc. 
    }
}
// Write the current version: 
[SecurityPermissionAttribute(SecurityAction.Demand,
SerializationFormatter = true)] 
void ISerializable.GetObjectData(SerializationInfo inf,
    StreamingContext cxt) 
{
    // use runtime constant for current version: 
    inf.AddValue("VERSION", CurrentVersion);
    // write remaining elements... 
}

相比 readonly ,使用 const 最后的一个优势就是性能:已知的常量值会比使用变量访问的 readonly 变量产生稍微高效的代码。然而,性能上甚微的收效和灵活性的减小应该做一个很好的权衡。放弃灵活性之前一定要剖析性能差异。可选参数的默认值会在调用时会像编译时变量(声明为 const 的变量)一样被替换成默认值。和使用 readonly 和 const 变量一样,你要非常认真对待可选参数值的不同。(查看原则10。)

当你使用命名(named)参数和可选(optial)参数时,你会遇到和使用运行时常量和编译时常量一样的权衡。

当在编译时期必须要获得变量的值时必须使用 const :特性(attribute)参数和枚举定义,以及当你定义一个不随版本的变化而变化的值得罕见的时候。无论如何,更偏爱于只读常量的更强的灵活性。

小结:

第二节字数相对少些,所以今天虽然颈椎有点不舒服(千万不要有事呀,我还没有疯够),根据以前的节奏(时间还早),还可以干点别的,或者躲进被窝理顺事情,每天给自己思考的事件太少了,没有思考,积淀就会来的慢,这个跟前面强调的不同哈。

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