C# 泛型方法的类型推断

这里所谓的“泛型方法的类型推断”，指的是根据已有的方法实参的类型，推断出泛型方法的类型实参。例如一个泛型方法 void Method<T>(T[] args)，如果我给出方法实参类型是 int[]，那么希望能够推断出 T = int。

这个问题是我在测试上一篇随笔《C# 使用 Binder 类自定义反射》中的类时发现的，当时为了能够让 PowerBinder 支持泛型方法绑定，完成了一些简单的类型推断工作，但是它只能支持直接使用泛型参数 T 作为参数类型，对于 T[]，IList<T> 这种复杂一些的情况是不能处理的。

或者举个复杂点的例子，对于下面的泛型方法定义：

void Method<T>(IList<T> a, params T[] args);

再给出参数类型为：

{ typeof(IList<int>), typeof(int[]) }
{ typeof(IList<int[]>), typeof(int[]) }
{ typeof(IList<int[]>), typeof(int[][]) }

我希望能够正确的推断出 T 的类型分别为 int、int[] 和 int[]。

后来参考了《CSharp Language Specification》v5.0 中 7.5.2 类型推断一节，规范中给出了 C# 中进行类型推断的两阶段算法，算法分为两阶段主要是为了支持实参表达式和匿名函数的推断，而我的需求则要简单很多，只要支持普通的参数就可以了。又参考了 7.5.2.13 方法组转换的类型推断一节，最终得到了下面的简化算法。

首先对几个名词进行区分：类型形参、类型实参、方法形参和方法实参。

对于泛型方法定义 void Method<T>(T a)，其中的 T 是类型形参，T a 是方法形参。

对于相应的封闭泛型方法的调用 Method<int>(10)，其中的 int 就是类型实参，10 就是方法实参。

泛型方法的类型推断，从形式上来定义，就是对给定泛型方法 Tr M<X1, …, Xn>(T1 x1, …, T_m x_m)，其中 Tr 是返回值，X1, …, Xn 是类型形参，T1, …, T_m 是方法形参，和一个委托类型 D(U1 x1, …, U_m x_m)，找到一组类型实参 S1, …, Sn，使表达式 M<S1, …, Sn> 与 D 兼容（D 可由M<S1, …, Sn> 隐式转换而来）。

该算法首先认为所有 Xi 均未固定（即没有预设值），并从 D 的每个实参类型 Ui 到 M 的对应形参类型 Ti 进行下限推断（前提是 Ti 包含类型形参，即ContainsGenericParameters == true），但是如果 xi 为 ref 或 out 形参，则从 Ui 到 Ti 进行精确推断。如果没有为任何 Xi 找到界限，则类型推断将失败。否则，所有将 Xi 均固定到对应的 Si，它们是类型推断的结果。下面给出详细的推断算法，这里的算法经过了我的修改，与原规范并不完全相同。

一、精确推断

这里的精确推断指的是对于给定的实参类型 U，找到合适的形参类型 V，使得 U == V。

按如下所述从类型 U 到类型 V 进行精确推断：

  1. 如果 V 是 Xi 之一，则将 U 添加到 Xi 的精确界限集中。

  2. 否则，通过检查是否存在以下任何一种情况来确定集合 V1, …, V_k 和 U1, …, U_k：

    • V 是数组类型 V1[…]，U 是具有相同秩的数组类型 U1[…]。
    • V 是类型 V1?，U 是类型 U1?。
    • V 是构造类型 C<V1, …, V_k> 并且 U 是构造类型 C<U1, …, U_k>。

    如果存在以上任意情况，则从每个 Ui 到对应的 Vi 进行精确推断。

  3. 否则，类型推断将失败。

二、下限推断

这里的下限推断指的是对于给定的实参类型 U，找到合适的形参类型 V，使得 V.IsImplicitFrom(U)。

按如下所述从类型 U 到类型 V 进行下限推断：

  1. 如果 V 是 Xi 之一，则将 U 添加到 Xi 的下限界限集中。
  2. 否则，如果 V 为 V1? 类型，而 U 为 U1? 类型，则从 U1 到 V1 进行下限推断。
  3. 否则，如果 V 是数组类型 V1[…]，U 是具有相同秩的数组类型 U1[…]，或者 V 是一个 IEnumerable<V1>、ICollection<V1> 或 IList<V1>，U 是一维数组类型 U1[]，如果不知道 U1 是引用类型，则从 U1 到 V1 进行精确推断，否则进行下限推断。
  4. 否则，如果 V 是构造类、结构、接口或委托类型 C<V1, …, V_k>，并且存在唯一类型 C<U1, …, U_k>，使 U 等于、（直接或间接）继承自或者（直接或间接）实现 C<U1, …, U_k>（“唯一性”限制表示对于 interface C<T>{} class U: C<X>, C<Y>{}，不进行从 U 到 C<T> 的推断，因为 U1 可以是 X 或Y。），则从每个 Ui 到对应的 Vi 进行推断，如果不知道 U1 是引用类型，则进行精确推断，否则推断依赖于 C 的第 i 个类型参数：
    • 如果该参数是协变的，则进行下限推断。
    • 如果该参数是逆变的，则进行上限推断。
    • 如果该参数是固定的，则进行精确推断。
  5. 否则，类型推断将失败。

三、上限推断

这里的上限推断指的是对于给定的实参类型 U，找到合适的形参类型 V，使得 U.IsImplicitFrom(V)。

按如下所述从类型 U 到类型 V 进行上限推断：

  1. 如果 V 是 Xi 之一，则将 U 添加到 Xi 的上限界限集中。
  2. 否则，如果 V 为 V1? 类型，而 U 为 U1? 类型，则从 U1 到 V1 进行上限推断。
  3. 否则，如果 V 是数组类型 V1[…]，U 是具有相同秩的数组类型 U1[…]，或者 V 是一维数组类型 V1[]，U 是一个 IEnumerable<U1>、ICollection<U1> 或IList<U1>，如果不知道 U1 是引用类型，则从 U1 到 V1 进行精确推断，否则进行上限推断。
  4. 否则，如果 U 是构造类、结构、接口或委托类型 C<U1, …, U_k>，V 是等于、（直接或间接）继承自或者（直接或间接）实现唯一类型 C<V1, …, V_k>的类、结构、接口或委托类型（“唯一性”限制表示如果我们有 interface C<T>{} class V<Z>: C<X<Z>>, C<Y<Z>>{}，则不进行从 C<U1> 到 V<Q> 的推断。也不进行从 U1 到 X<Q> 或 Y<Q> 的推断。），则从每个 Ui 到对应的 Vi 进行推断，如果不知道 U1 是引用类型，则进行精确推断，否则推断依赖于 C 的第 i 个类型参数：
    • 如果该参数是协变的，则进行上限推断。
    • 如果该参数是逆变的，则进行下限推断。
    • 如果该参数是固定的，则进行精确推断。
  5. 否则，类型推断将失败。

四、固定

固定是为了根据之前的算法得到的界限集，推断出类型参数的合适的值。

具有界限集的类型变量 Xi 按如下方式固定：

  1. 候选类型集 Ui 是在 Xi 的界限集中的所有类型的集合。
  2. 然后我们依次检查 Xi 的每个界限：对于 Xi 的每个精确界限 U，将与 U 不同的所有类型 Ui 都从候选集中移除（要求 U == Ui）。对于 Xi 的每个下限U，将不存在从 U 进行的隐式转换的所有类型 Ui 都从候选集中移除（要求 Ui.IsImplicitFrom(U)）。对于 Xi 的每个上限 U，将不存在从其到 U 进行的隐式转换的所有类型 Ui 都从候选集中移除（要求 U.IsImplicitFrom(Ui)）。
  3. 如果在剩下的候选类型 Ui 中，存在唯一类型 V，该类型可由其他所有候选类型经隐式转换而来，则将 Xi 固定到 V（也就是说，要求 V 是其中最通用的类型）。
  4. 否则，类型推断将失败。

以上就是泛型方法的类型推断算法，其中只考虑了方法实参和方法形参一一对应的情况，如果需要处理 params T[] 参数，则需要对最后一个参数进行特殊处理，并分别使用 T 和 T[] 进行一次类型推断。做两次类型推断，就是为了判断是否是方法的展开形式的调用。

或者说，对于泛型方法定义

void Method<T>(T a, params T[] args);

如果参数为 { typeof(int), typeof(int[]) } 和 { typeof(int[]), typeof(int[]) }，虽然 T[] 对应的实参是相同的，但推断出的 T 却是不同的，这就需要利用两次类型推断来处理。

这个算法的实现加上注释大概有 500 多行，这里就不再贴出，基本就是按照上面的 4 步来的，只是在一些细节上采用了更高效的做法。所有源码可以见这里。

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原文地址：https://www.cnblogs.com/cyjb/p/GenericArgumentsInferences.html