什么是可变类。我们如何在C＃中创建一个可变且不可变的类

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截至2020年末，用于.NET 5.0的C＃9.0已发布，支持不可变的记录类型（支持复制构造函数，并且with操作员可以轻松创建具有新属性值的新实例）。

原始答案，写在C＃9.0（和8.0）发布之前：

C＃对constC ++正确性的支持程度不如C ++（忽略代码契约），但它仍提供有助于使用的readonly修饰符（以及C＃6.0中的真正只读自动属性）。

C＃还缺乏对Record类型的语法支持，不幸的是，C＃是从C＃7中提取的，因此我们不得不再等一年（更新：截至2018年中，C＃8.0有望具有Record类型，但C＃8.0可能鉴于其非常长的新功能列表，该功能要到2020年才能最终发布）。

无论如何，.NET中的不可变类型只是POCO ¹，无法在构造后修改其状态。请注意，只有在您的类型将每个字段都标记为readonly且每个复杂（即非标量）成员也受到类似约束的情况下，编译器才会强制执行此操作。

如果您的类型具有任何数组成员，则该类型不能真正不可变，因为C＃中没有强制执行只读缓冲区（C ++确实如此）。这意味着在实践中，C＃中的“不可变”类型只是精心设计的POCO，消费者（将按规则行事（例如，不作反思））可以对使用它时进行某些假设，例如不可变类型本质上是线程安全的。就是这样。运行时没有特殊的AOT或JIT优化，也没有任何特殊的行为。这是一种非常“人为因素”的东西。

下面的此类是不可变的：

class Immutable {
    private readonly String foo;

    public Immutable(String foo, String bar) {
        this.foo = foo;
        this.Bar = bar;
    }

    public String Bar { get: }

    public String Baz { get { return this.foo.Substring( 0, 2 ); } }
}

它是不可变的，因为每个字段（即其实例状态）都是readonly并且都是不可变的（我们只知道这是因为System.String众所周知，它是不可变的）。如果将foo其更改为StringBuilder或，XmlElement则它将不再是不变的。

请注意，严格来说，readonly修饰符对于不变性不是必需的，它只是使它易于演示，并且确实增加了一定程度的编译时强制执行（可能还对运行时进行了优化）。

为了进行比较，该类不是不可变的（即，它是可变的）：

class Mutable {
    private readonly Int32[] values;
    public Mutable(Int32 values) {
        this.values = values;
    }

    public Int32[] GetValues() {
        return this.values;
    }
}

这是可变的，因为：

1. Int32[] （数组类型）是可变的
2. 它通过以下方式返回对可变数组的引用 GetValues
3. 它在构造期间接受可变的对象参数。

这是一个说明为什么它不是不变的示例：

Int32[] values = { 0, 1, 2, 3 };
Mutable mutable = new Mutable( values );

Print( mutable.GetValues() ); // prints "0, 1, 2, 3"

values[0] = 5;

Print( mutable.GetValues() ); // prints "5, 1, 2, 3"

如果Mutable是不可变的，则values使用Mutable的API时，对的后续更改将是不可见的：对的第二次调用Print将显示与第一次相同的输出。

但是，即使使用数组或复杂类型，也可以具有不可变的类型：这是通过隐藏所有修改状态的方法来实现的。例如，使用returnReadOnlyCollection<Int32>代替，Int32[]并始终对传入的所有复杂和可变值执行深层复制/克隆。但是编译器，JIT和运行时仍然不够成熟，无法确定这使对象类型变得不可变-因此，为什么必须记录它并信任使用者可以正确使用它（或者，如果您是使用者，则可以信任上游开发人员他们正确地实施了它）

这是一个包含数组的不可变类型的示例：

class Immutable {
    private readonly Int32[] values;
    public Mutable(Int32 values) {
        if( values == null ) throw new ArgumentNullException(nameof(values)); 
        this.values = (Int32[])values.Clone();
    }

    public IReadOnlyList<Int32> GetValues() {
        return this.values;
    }
}

• 输入数组Array.Clone()在构造期间是浅复制的（使用）-因此，将来传递给构造函数的对象的任何更改都不会影响任何Immutable类实例。
  • 如果values数组包含不可更改的非标量值，则构造函数将必须对元素执行“深度复制”，以确保其值与将来其他位置的更改隔离开来。
• 该values阵列永远不会直接暴露给消费者。
• GetValues()返回内部数组的IReadOnlyList<T> 视图（.NET 4.5中的新增功能）。这比返回ReadOnlyCollection<T>包装器（.NET 2.0中引入）更轻巧。

¹：POCO是“普通的旧CLR对象”类型，在实践中表示有任何class或struct没有要求它继承某些父超类型或实现任何特定接口。该术语通常用于引用诸如Linq-to-SQL，Entity Framework或NHibernate之类的ORM库，这些库（在其早期版本中）要求每个实体类都派生自某种基本实体类型，或采用某些技术（例如INotifyPropertyChanged）。有关更多详细信息，请参见此处：Entity Framework中的POCO是什么？