C#模拟C++模板特化对类型的值的支持

概述

C++的模板相比于C#的泛型，有很多地方都更加的灵活（虽然代价是降低了编译速度），比如C++支持变长参数模板、支持枚举、int等类型的值作为模板参数。
C++支持枚举、int等类型的值作为模板参数，为C++的静态多态编程提供了很好的帮助，比如根据枚举值编译期确定某个对象的行为策略等（下文举例）。但是C#对这些都是不支持，但是C#天然支持反射，这种需求可以使用反射特性来实现。

需求示例

定义枚举 enum EPlant {Tree, Flower}，根据枚举的值打印Tree,Flower字符串。注意，这里的应用场景是编译器时的多态，即编码时便确定使用的对象的类型。

C++的实现

上述的例子，C++的语法支持可以天然的实现，如下：

#include <iostream>

enum class EPlant
{
    Tree = 0,
    Flower,
};

template<EPlant ...Args>
class PrintPlant
{
    
};

template<>
class PrintPlant<>
{
public:
    void Print()
    {
        std::cout << "Plant" << std::endl;;
    }
};

template<>
class PrintPlant<EPlant::Tree>
{
public: 
    void Print()
    {
        std::cout << "Tree" << std::endl;;
    }
};

template<>
class PrintPlant<EPlant::Flower>
{
public:
    void Print()
    {
        std::cout << "Flower" << std::endl;
    }
};

int main()
{
    auto plant = new PrintPlant<>();
    plant->Print();
    auto flower = new PrintPlant<EPlant::Flower>();
    flower->Print();
    auto tree = new PrintPlant<EPlant::Tree>();
    tree->Print();
}

输出：

• template<EPlant ...Args> 这里使用变长参数模板，来支持没有传入模板参数的情况，特化类型Print函数打印"plant"
• template<> class PrintPlant<EPlant::Tree> 模板特化的类型，在main里使用了new PrintPlant<EPlant::Tree>();语句创建该类型的对象。该对象打印"Tree"。

C# 实现

C#的模板不支持枚举的值作为模板参数，使用反射进行模拟。

using System;
using System.Reflection;
using System.Collections.Generic;

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, AllowMultiple = false)]
public class ABTEX : Attribute
{
    public object key;

    public ABTEX(object k)
    {
        key = k;
    }
}

public class TEX
{
    static Dictionary<Type, Dictionary<Type, Dictionary<string, object>>> dict;
    public static void Init(Type[] types)
    {
        dict = new();
        foreach (var t in types)
        {
            var ABTEX = t.GetCustomAttribute<ABTEX>();
            var bt = t.BaseType;
            if (ABTEX != null && bt != null)
            {
                AddInst(t, bt, ABTEX.key);
            }
        }
    }

    static string FmtKey(object key)
    {
        return $"{key}";
    }

    static void AddInst(Type ty, Type bt, object key)
    {
        if (!dict.ContainsKey(bt))
        {
            dict[bt] = new();
        }

        var kt = key.GetType();
        string k = FmtKey(key);

        if (!dict[bt].ContainsKey(kt))
        {
            dict[bt][kt] = new();
        }

        dict[bt][kt][k] = Activator.CreateInstance(ty);
    }

    static public R T<R>(object key)
    {
        if (dict.TryGetValue(typeof(R), out Dictionary<Type, Dictionary<string, object>> dbt))
        {
            var kt = key.GetType();
            string k = FmtKey(key);
            if (dbt.TryGetValue(kt, out Dictionary<string, object> kbt))
            {
                if (kbt.TryGetValue(k, out object ins))
                {
                    return (R)ins;
                }
            }
        }

        return default(R);
    }
}

public enum EPlant : int
{
    None = 0,
    Tree,
    Flower,
}

public class APrintPlant
{
    public virtual void Print()
    {
        Console.WriteLine("Plant");
    }
}

[ABTEX(EPlant.Tree)]
public class PrintTree : APrintPlant
{
    public override void Print()
    {
        Console.WriteLine("Tree");
    }
}

[ABTEX(EPlant.Flower)]
public class PrintFlower : APrintPlant
{
    public override void Print()
    {
        Console.WriteLine("Flower");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var all = Assembly.GetExecutingAssembly().GetTypes();
        TEX.Init(all);
        TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Tree).Print();
        TEX.T<APrintPlant>(EPlant.Flower).Print();
    }
}

输出：

C#可以保存类型信息到运行期，通过运行期分析类型信息创建对象实现静态多态。

• TEX类分析传入的所有类型，筛选父类和ABTEX特性，使用父类型，ABTEX的key的类型和值来索引该类型。（这里索引是实例对象，有需求的话可以保存类型Type，使用类型通过反射创建对象）
• ABTEX标记需要反射分析的类型，并且标记key。
• Main入口获取当前程序集下所有的类型信息，初始化TEX
• 通过TEX.T<抽象类>（key）.Func 调用方法（注意： 这里使用这些类作为纯函数的类，故使用类似单例的用法。也可以在初始化记录类型，通过反射创建多个实例。）