將編譯時安全性添加到C＃列表索引器 - 這可能嗎？

Question

[注意：這個問題已經吸引了低運行時性能的解決方案，所以值得強調的是除了類型安全之外，性能是關鍵。更多性能信息請參見末尾的註釋。]

我在一個相當複雜的算法中使用List<int>的幾個不同實例。

其中一些列表包含相互間的索引，即它們提供間接級別。

我修復了訪問列表時使用錯誤索引器導致的一些錯誤。因爲所有的列表都是相同的類型，即List<int>，編譯器根本不提供任何類型的安全。例如：

// The below statement is wrong - it should be list1[list2[x]], 
// as x is an index into list2, not list1. 
// list2 returns indexes into list1. 
// But the compiler is oblivious to this. 
// 
var f = list1[x]; 

於是，我就開始想，這可能是通過使用強類型的索引到每個列表，只是換一個整數增加一定程度的類型安全的：

/// An index into the first list 
struct Index1 
{ 
    public int Value { get; set; } 
} 

/// An index into the second list 
struct Index2 
{ 
    public int Value { get; set; } 
} 

然後，聲明正確索引類型的變量將在編譯時捕獲一類錯誤。 （這並非萬無一失，這不是我所追求的 - 更好就是了。）

不幸的是，通用List<T>沒有提供使用自定義索引類型的方法 - 索引器總是一個int類型。

有沒有另一種方法可以完成我想要做的事情？想到一個自定義的集合 - 我不介意的努力，這可能會支付自己。但我想不出可以如圖所示使用的一種。 （當然，我可以爲每個索引器創建一個單獨的集合類型 - 但如果可能的話，我希望使用單個新集合類型，因爲否則代碼複製開始成爲問題。）

性能：：該算法被重寫爲使用性能列表。我們甚至考慮使用數組，因爲有一個更少的邊界檢查。因此，任何建議的解決方案都應具有出色的運行時性能 - 至少可以達到List<T>。

因此，結構（或任何其他技術）理想情況下應在編譯時類型安全檢查後進行優化。

使用案例： 使用情況是：

1. 通過一種安全的索引從列表訪問隨機元素。
2. A for循環列表，也使用類型安全索引器。
3. 在列表中使用foreach。 List優化其GetEnumerator（）以返回一個結構，因此避免分配。我想保留這一點。

Answer 1

你應該可以使用SortedDictionary<TKey, TValue>來做你想做的。確保在您的自定義密鑰類型上實現Equals和GetHashCode。

SortedDictionary允許快速和類型安全的隨機訪問元素，同時保持秩序。

如果您需要列表語義以避免重寫太多的代碼，那麼創建一個類似於列表的類型（SortedDictionary作爲後備存儲）並不困難。

Answer 2

也許你可以包裝一個列表類似的集合類的東西，提供了一個通用的索引類型：

public class IndexedCollection<TIndex, TValue> : IList<TValue> 
{ 
    private List<TValue> _innerList; 
    private Func<TIndex, int> _getIndex; 

    public IndexedCollection(Func<TIndex, int> getIndex) 
    { 
     this._getIndex = getIndex; 
     this._innerList = new List<TValue>(); 
    } 

    new public TValue this[TIndex indexObj] 
    { 
     get 
     { 
      var realIndex = this._getIndex(indexObj); 
      return _innerList[realIndex]; 
     } 
     set 
     { 
      _innerList[this._getIndex(indexObj)] = value; 
     } 
    } 

    // All the other members 
} 

...然後實例是這樣的：

var list1 = new IndexedCollection<Index1, Foo>(i => i.Value); 
var list2 = new IndexedCollection<Index2, Foo>(i => i.Value); 

Answer 3

我覺得你遇到的根本問題是，在你的結構中，集合沒有辦法讓一個通用的參數，然後得到Value而不添加一些接口在兩個結構（導致虛擬呼叫），Func<TIndex, int>（如Jacob's answer一樣），或者使用更復雜的集合來抽象出「索引」的概念。

爲每個Index*實現完整集合的直接方法不一定會導致代碼重複。代碼生成或IL生成有幾種方法。下面是與一個索引類沿每個索引結構生成代碼design-time T4 template：

<#@ template debug="false" hostspecific="false" language="C#" #> 
<#@ assembly name="System.Core" #> 
<#@ output extension=".cs" #> 
using System.Collections.Generic; 

<# 
string[] indexTypeNames = { "Index1", "Index2" }; 

foreach (var name in indexTypeNames) 
{ 
    string collectionName = name + "List"; 
#> 
public struct <#= name #> 
{ 
    public int Value { get; set; } 
} 

public class <#= collectionName #><T> 
{ 
    private List<T> _inner = new List<T>(); 

    public T this[<#= name #> index] 
    { 
     get { return _inner[index.Value]; } 
     set { _inner[index.Value] = value; } 
    } 

    // Other desired IList<T> methods. 
} 

<# 
} 
#> 

當T4模板是建立，它生成此代碼文件：

using System.Collections.Generic; 

public struct Index1 
{ 
    public int Value { get; set; } 
} 

public class Index1List<T> 
{ 
    private List<T> _inner = new List<T>(); 

    public T this[Index1 index] 
    { 
     get { return _inner[index.Value]; } 
     set { _inner[index.Value] = value; } 
    } 

    // Other desired IList<T> methods. 
} 

public struct Index2 
{ 
    public int Value { get; set; } 
} 

public class Index2List<T> 
{ 
    private List<T> _inner = new List<T>(); 

    public T this[Index2 index] 
    { 
     get { return _inner[index.Value]; } 
     set { _inner[index.Value] = value; } 
    } 

    // Other desired IList<T> methods. 
} 

很明顯，你會想接口的實現集合，所以他們有一個自然的API，但很清楚你可以如何添加這些。

由於代碼是在設計時生成的，所以重複不是維護問題。但是，我會將代碼gen和IL gen分類爲現有類型系統無法表達的東西的解決方法，因此我還希望僅使用泛型可以看到更好的答案。