C#集合 -- Equality和Order插件

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在前面的文章C#相等性比较和C#排序比较中，我已经叙述了类型相等，类型哈希，和类型比较的.NET标准协议。实现了这些协议的类型在一个字典或者列表中也可以正常工作。但是需要注意的是：

只有当类型的Equals方法和GetHashCode方法返回有意义的结果时，该类型才可以作为Dictionary或Hashtable的键
只有当类型实现了IComparable/IComparable<T>才可以作为排序字典或排序列表的键

一个类型的默认相等实现或比较实现典型地反映了该类型最“自然”的那一面。但是，有时候，默认的行为并不是你期望的效果。你可能希望一个string类型的键可以区分大小写；或者你希望一个可排序的客户列表按照客户的邮政编码排序。由于这些原因，.NET Framework定义了一组对应的插入协议，该协议可以实现下面两个目的：

允许你在可替代的相等性行为或可替代的比较行为之间相互切换
允许你使用一个字典或一个排序集合，它们的键的类型内在是不等的或不可比较的

这些协议由下面的接口组成：

IEqualiyComparer和IEqualityComparer<T>

执行插件式相等性比较和哈希
可被Hashtable和Dictionary识别

IComparer和IComparer<T>

执行插件式排序比较
可被排序字典或拍戏集合，以及Array.Sort识别

每个接口都有generic和非generic的版本。IEqualityComparer接口也包含了EqualityComparer的默认的实现。

此外，在Framework 4.0中，还引入了两个新的接口IStructuralEquatable和IStructuralComparable，它们允许结构可以像类或者数组那样执行比较。

IEqualityComparer和EqualityComparer

相等性比较在非默认的相等性和哈希行为上切换，这主要适用于Dictionary类和HashTable类。

回忆一下以哈希表为基础的字典，对于一个指定的键，需要回答下面两个问题：

该键与其他的键是否相同？
该键的哈希码是多少？

实现IEqualityComparer的相等性比较器可以回答上面两个问题

public interface IEqualityComparer<T>
{
bool Equals (T x, T y);
int GetHashCode (T obj);
}
public interface IEqualityComparer // Nongeneric version
{
bool Equals (object x, object y);
int GetHashCode (object obj);
}

为了创建一个自定义比较器，你需要实现上面一个或者两个接口（如果实现了上面连个接口，那么就可以保证最大程度的互操作）。但这么做优点单调，另外一种替换方法是为抽象类EqualityComparer类创建子类，EqualityComparer的定义如下：

public abstract class EqualityComparer<T> : IEqualityComparer,
IEqualityComparer<T>
{
public abstract bool Equals (T x, T y);
public abstract int GetHashCode (T obj);
bool IEqualityComparer.Equals (object x, object y);
int IEqualityComparer.GetHashCode (object obj);
public static EqualityComparer<T> Default { get; }
}

由于EqualityComparer实现连个两个接口，因此你的工作就简化为重写它的两个抽象方法。

Equals方法和GetHashCode与我们在C#相等性比较中所叙述的一样。在下面的例子中，我们定义一个Customer类，它包含两个成员，然后创建一个相等性比较器以比较客户的姓名是否相等。

public class Customer
{
public string LastName;
public string FirstName;
public Customer (string last, string first)
{
LastName = last;
FirstName = first;
}
}

public class LastFirstEqComparer : EqualityComparer <Customer>
{
public override bool Equals (Customer x, Customer y)
{
return x.LastName == y.LastName && x.FirstName == y.FirstName;
}
public override int GetHashCode (Customer obj)
{
return (obj.LastName + ";" + obj.FirstName).GetHashCode();
}
}

为了演示器可以工作，我们创建两个客户实例

Customer c1 = new Customer ("Bloggs", "Joe");
Customer c2 = new Customer ("Bloggs", "Joe");

由于我们没有重写object.Equals，在执行比较时，会执行常规的引用类型比较

Console.WriteLine (c1 == c2); // False
Console.WriteLine (c1.Equals (c2)); // False

如果我们创建一个客户字典实例，且使用默认的相等性比较器对这两个客户进行比较，那么会返回false

var d = new Dictionary<Customer, string>();
d [c1] = "Joe";
Console.WriteLine (d.ContainsKey (c2)); // False

最后，如果我们在创建字典实例时，在构造函数中指定了自定义相等性比较

var eqComparer = new LastFirstEqComparer();
var d = new Dictionary<Customer, string> (eqComparer);
d [c1] = "Joe";
Console.WriteLine (d.ContainsKey (c2)); // True

EqualityComparer<T>.Default

调用EqualityComparer<T>.Default返回一个generic的相等性比较器，使用这个比较器可以替代静态的object.Equals方法。使用这种方式的优点在于，它首先检查类型T是否实现了IEquatble<T>；如果它实现了这个接口，那么就就调用该实现，从而避免了额外的装箱操作。这特别适用于generic的方法：

static bool Foo<T> (T x, T y)
{
bool same = EqualityComparer<T>.Default.Equals (x, y);
...
}

IComparer和Comparer

对于排序字典和集合，比较器还经常用于替代自定义排序。

请注意，比较器对于非排序字典和哈希表没有作用，这位非排序字典和哈希表需要IEqualityComperer去获取哈希码。类似地，一个相等性比较器在排序字典和集合中也不会有用。

下面是IComparer接口的定义

public interface IComparer
{
int Compare(object x, object y);
}
public interface IComparer <in T>
{
int Compare(T x, T y);
}

如果，你要使用相等性比较，你可以继承抽象类Comparer<T>，而不是实现ICompare接口或/和ICompare<T>接口。

public abstract class Comparer<T> : IComparer, IComparer<T>
{
public static Comparer<T> Default { get; }
public abstract int Compare (T x, T y); // Implemented by you
int IComparer.Compare (object x, object y); // Implemented for you
}

下面的列子演示了一个类wish，一个比较器通过wish类的pripority属性进行排序

class Wish
{
public string Name;
public int Priority;
public Wish (string name, int priority)
{
Name = name;
Priority = priority;
}
}
class PriorityComparer : Comparer <Wish>
{
public override int Compare (Wish x, Wish y)
{
if (object.Equals (x, y)) return 0; // Fail-safe check
return x.Priority.CompareTo (y.Priority);
}
}

调用object.Equals方法确保了我们的比较结果不会与Equals方法矛盾。在上面的例子中，调用静态方法object.Equals方法比调用x.Equals方法好，这是因为x可能是null。

下面的代码演示了如何使用PriorityComparer来排序一个列表

var wishList = new List<Wish>();
wishList.Add (new Wish ("Peace", 2));
wishList.Add (new Wish ("Wealth", 3));
wishList.Add (new Wish ("Love", 2));
wishList.Add (new Wish ("3 more wishes", 1));
wishList.Sort (new PriorityComparer());
foreach (Wish w in wishList) Console.Write (w.Name + " | ");
// OUTPUT: 3 more wishes | Love | Peace | Wealth |

在下面的例子中，SurnameComparer允许你对电话簿列表的联系人数据按照姓进行排序

class SurnameComparer : Comparer <string>
{
string Normalize (string s)
{
s = s.Trim().ToUpper();
if (s.StartsWith ("MC")) s = "MAC" + s.Substring (2);
return s;
}
public override int Compare (string x, string y)
{
return Normalize (x).CompareTo (Normalize (y));
}
}

var dic = new SortedDictionary<string,string> (new SurnameComparer());
dic.Add ("MacPhail", "second!");
dic.Add ("MacWilliam", "third!");
dic.Add ("McDonald", "first!");
foreach (string s in dic.Values)
Console.Write (s + " "); // first! second! third!

StringComparer

StringComparer是一个预定义的插件式类，用于字符串的相等性比较和排序比较，并允许你指定语言和是否区分大小写。StringComparer实现了IEqualityComparer和IComparer接口（以及它们的Generic类型接口）。因此，它可以用于任何类型的字典或者排序集合。它的定义如下

public abstract class StringComparer : IComparer, IComparer <string>,IEqualityComparer,
IEqualityComparer <string>
{
public abstract int Compare (string x, string y);
public abstract bool Equals (string x, string y);
public abstract int GetHashCode (string obj);
public static StringComparer Create (CultureInfo culture,
bool ignoreCase);
public static StringComparer CurrentCulture { get; }
public static StringComparer CurrentCultureIgnoreCase { get; }
public static StringComparer InvariantCulture { get; }
public static StringComparer InvariantCultureIgnoreCase { get; }
public static StringComparer Ordinal { get; }
public static StringComparer OrdinalIgnoreCase { get; }
}

由于StringComparer是抽象类，所以你需要通过它的静态方法或属性获取实例。StringComparer.Ordinal是字符串相等性比较的默认行为；StringComparer.CurrentCulture是字符串排序的默认行为。

在下面的例子中，创建了一个有序的区分大小写的字典，因为dict[“Joe”]和dict[“JOE”]是相等的

var dict = new Dictionary<string, int> (StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

在下面的例子中，名字数组使用澳洲英语排序

string[] names = { "Tom", "HARRY", "sheila" };
CultureInfo ci = new CultureInfo ("en-AU");
Array.Sort<string> (names, StringComparer.Create (ci, false));

最后一个例子则是区分文化的SurnameComparer

class SurnameComparer : Comparer <string>
{
StringComparer strCmp;
public SurnameComparer (CultureInfo ci)
{
// Create a case-sensitive, culture-sensitive string comparer
strCmp = StringComparer.Create (ci, false);
}
string Normalize (string s)
{
s = s.Trim();
if (s.ToUpper().StartsWith ("MC")) s = "MAC" + s.Substring (2);
return s;
}
public override int Compare (string x, string y)
{
// Directly call Compare on our culture-aware StringComparer
return strCmp.Compare (Normalize (x), Normalize (y));
}
}

IStructuralEquatable和IStructuralComparable

在前面的章节中，我们提到：结构类型默认实现结构比较；如果结构的成员相等，那么两个结构就是相等的。但是，有时候，如果结构也使用插件式结构相等性比较器和结构排序比较器，那将会非常有用。因此，Framework 4.0引入了两个新的接口以实现该目的

这两个接口的定义如下：

public interface IStructuralEquatable
{
bool Equals (object other, IEqualityComparer comparer);
int GetHashCode (IEqualityComparer comparer);
}
public interface IStructuralComparable
{
int CompareTo (object other, IComparer comparer);
}

你传入的IEqualityComparer/IComparer参数，可以用于复合对象中的每个元素。我们可以通过使用array和tuple类型来演示这点，因为它们都实现了这些接口。在下面的例子中，我们比较两个数组是否相等。第一个数组使用Equals方法比较，第二个使用IStructureEquatable进行比较

int[] a1 = { 1, 2, 3 };
int[] a2 = { 1, 2, 3 };
IStructuralEquatable se1 = a1;
Console.Write (a1.Equals (a2)); // False
Console.Write (se1.Equals (a2, EqualityComparer<int>.Default)); // True

下面的是另外一个例子

string[] a1 = "the quick brown fox".Split();
string[] a2 = "THE QUICK BROWN FOX".Split();
IStructuralEquatable se1 = a1;
bool isTrue = se1.Equals (a2, StringComparer.InvariantCultureIgnoreCase);

Tuples按照同样的方式工作

var t1 = Tuple.Create (1, "foo");
var t2 = Tuple.Create (1, "FOO");
IStructuralEquatable se1 = t1;
bool isTrue = se1.Equals (t2, StringComparer.InvariantCultureIgnoreCase);
IStructuralComparable sc1 = t1;
int zero = sc1.CompareTo (t2, StringComparer.InvariantCultureIgnoreCase);