委託本質
前言
委託和事件是c#基礎中兩個重要的知識，平時工作中也會經常用到。接下來我會寫兩篇我對委託和事件的理解，歡迎拍磚。
回撥函式是一種非常有用的程式設計機制，許多語言都對它提供了支援。回撥函式是一個通過函式指標呼叫的函式。通常，我們會把回撥函式作為引數傳遞給另一個函式，當某些事件發生或滿足某些條件時，由呼叫者執行回撥函式用於對該事件或條件進行響應。簡單來說，實現回撥函式有如下步驟：
1. 定義一個回撥函式。
2. 將回調函式指標註冊給呼叫者。
3. 在某些事件或條件發生時，呼叫者通過函式指標呼叫回撥函式對事件進行處理。
回撥機制的應用非常多，例如控制元件事件、非同步操作完成通知等等；.net 通過委託來實現回撥函式機制。相比其他平臺的回撥機制，委託提供了更多的功能，例如它確保回撥方法是型別安全的，支援順序呼叫多個方法，以及呼叫靜態方法和例項方法。
一、初識委託
在開始接觸委託前，相信很多人都會感覺它用起來怪怪的，有些彆扭。理解它的本質後，就知道許多時候其實是編譯器在背後“搞鬼”；編譯器做了大量的工作，目的是為了減少程式碼的編寫以及讓程式碼看起來更優雅。接下來就讓我們逐步深入理解委託。
先看一段簡單的程式碼：
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void TestDelegate(int value);
ExecuteDelegate(test1, 10);
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第1步，用delegate關鍵字定義了一個委託型別，名稱為TestDelegate。它的簽名為：1. 返回值為void 2. 有一個int型別的引數。回撥函式的簽名必須與之一樣，否則編譯會報錯。
第2步，呼叫執行委託的方法並傳遞了null，實際上什麼也沒做。這裡說明了委託可以作為引數，可以為null，似乎與引用型別相似。
第3步，用 new 建立了一個TestDelegate的變數test1, 並將靜態方法作為引數，它符合委託的簽名。通過new 來建立，我們基本可以推測TestDelegate是一個引用型別。
第4步，與3類似，只不過它傳遞的引數是一個例項方法，所以需要先建立方法的物件Program。
第5步，呼叫了Delegate.Combine()方法，通過名稱可以指定它用於將多個委託組合起來，呼叫test3時，會按照它的引數順序執行所有方法。這種方式有時候非常有用，因為我們很可能在某個事件發生時，要執行多個操作。
通過上面的程式碼，我們基本可以知道委託是用來包裝回調函式的，對回撥函式的呼叫其實是通過委託來實現的，這也是很符合【委託】的稱呼。那麼委託到底是一種什麼樣的型別？為什麼它可以將函式名稱作為引數？為什麼可以像tg(value)這樣來執行？Delegate.Combine內部的實現機制又是怎樣的？接下來讓我們一一解答。
二、委託揭祕
上面提到，c#編譯器為了簡化程式碼的編寫，在背後做了很多處理。委託的確是一種用來包裝函式的引用型別，當我們用delegate定義上面的委託時，編譯器會為我們生成一個class TestDelegate的類，這個類就是用來包裝回調函式的。通過ILDasm.exe檢視上面的IL程式碼可以很清晰看到這個過程：
可以看到，編譯器為我們生成了一個 TestDelegate 的class 型別，並且它還繼承了MulticastDelegate。實際上，所有的委託都會繼承MulticastDelegate，而MulticastDelegate又繼承了Delegate。Delegate有2個重要的非公共欄位：
1. _target: object型別，當委託包裝的是例項方法時，這個欄位引用的是例項方法的物件；如果是靜態方法，這個欄位就是null。
2. _methodPtr: IntPtr型別，一個整數值，用於標識回撥方法。
所以對於例項方法，委託就是通過例項物件去呼叫所包裝的方法的。Delegate還公開了兩個屬性，Target和Method分別表示例項物件（靜態方法為null）和包裝函式的元資訊。
可以看到經過編譯器編譯後生成的這個類有4個函式，.ctor(建構函式)，BeginInvoke, EndInvoke, Invoke。BeginInvoke/EndInvoke 是Invoke的非同步版本，所以我們主要關注.ctor和Invoke函式。
.ctor建構函式有兩個引數，一個object型別，一個int型別。但當我們new一個委託物件時，傳遞卻是一個方法的名稱。實際上，編譯器知道我們要構造的是委託物件，所以會分析原始碼知道要呼叫的是哪個物件和方法；物件引用就是作為第一個引數（如果靜態就為null），而從元資料獲取用於標識函式的特殊值就作為第二個引數，從而呼叫建構函式。這兩個引數分別儲存在 _target 和 _methodPth欄位中。
Invoke 函式顧名思義就是用來呼叫函式的，當我們執行tg(value)時，編譯器發現tg引用的是一個委託物件，所以生成的程式碼就是呼叫委託物件的Invoke方法，該方法的簽名與我們簽名定義的簽名是一致的。生成的IL程式碼如： callvirt instance void TestDelegate2.Program/TestDelegate::Invoke(int32)。
至此，我們知道定義委託就是定義類，這個類用來包裝回調函式。通過該類的Invoke方法執行回撥函式。
三、委託鏈
前面說到所有的委託型別都會繼承MulticastDelegate。MulticastDelegate表示多路廣播委託，其呼叫列表可以擁有多個委託，我們稱之為委託鏈。簡單的說，它擁有一個委託列表，我們可以順序呼叫裡面所有方法。通過原始碼可知，MulticastDelegate有一個_invocationList欄位，用於引用一個委託物件陣列；我們可以通過Delegate.Combine將多個委託新增到這個陣列當中，既然有Combine就會有Remove，對應用來從委託鏈中移除指定的委託。接下來我們來看這個具體的過程。如下程式碼：
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當執行1~3行時，會建立3個TestDelegate物件，如下所示：
執行第4行時，會通過Delegate.Combine建立一個具有委託鏈的TestDelegate物件，該物件的_target和_methodPtr已經不是我們想關注的了，_invocationList引用了一個數組物件，陣列有test1,test2兩個元素。如下：
執行第5行程式碼時，同樣會重新建立一個具有委託鏈的TestDelegate物件，此時_invocationList具有3個元素。需要注意的是，由於Delegate.Combine（或者Remove）每一次都會重新建立委託物件，所以第4行的result引用的物件不再被引用，此時它可以被回收了。如：
執行Remove時，與Combine類似，都會重新建立委託物件，此時從陣列移除test1委託物件，這裡就不在重複。
通過上面的分析，我們知道呼叫方法實際就是呼叫委託物件的Invoke方法，如果_invocationList引用了一個數組，那麼它會遍歷這個陣列，並執行所有註冊的方法；否則執行_methodPtr方法。Invoke虛擬碼看起來也許像下面這樣：
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_invocationList畢竟是內部欄位，預設情況下會按順序呼叫，但有時候我們想控制這個過程，例如按某些條件執行或者記錄異常等。MulticastDelegate有一個GetInvocationList()方法，用於獲取Delegate[]陣列，有了該陣列，我們就可以控制具體的執行過程了。
四、泛型委託
我們可能會在多個地方用到委託，例如在另一個程式集，我們可能會定義一個 delegate void AnotherDelegate(int value); 這個委託的簽名和簽名的是一樣的。實際上.net內部就有許多這樣的例子，平時我們也經常看到。例如：
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上面只是這種簽名的形式，另外一種形式也可能出現大量的重複，這將給程式碼維護帶來很大的難度。泛型委託就是為了解決這個問題的。
.net 已經定義了三種類型的泛型委託，分別是 Predicate、Action、Func。在使用linq的方法語法中，我們會經常遇到這些型別的引數。
Action 從無參到16個引數共有17個過載，用於分裝有輸入值而沒有返回值的方法。如：delegate void Action<T>(T obj);
Fun 從無參到16個引數共有17個過載，用於分裝有輸入值而且有返回值的方法。如：delegate TResule Func<T>(T obj);
Predicate 只有一種形式：public delegate bool Predicate<T>(T obj)。用於封裝傳遞一個物件然後判斷是否滿足某些條件的方法。Predicate也可以用Func代替。
有了泛型委託，我們就不用到處定義委託型別了，除非不滿足需求，否則都應該優先使用內建的泛型委託。
五、c#對委託的支援
5.1 +=/-= 操作符
c#編譯器自動為委託型別過載了 += 和 -= 操作符，簡化編碼。例如要新增一個委託物件到委託鏈中，我們也可以 test1 += test2; 編譯器可以理解這種寫法，實際上這樣寫和呼叫test1 = Delegate.Combine(test1, test2) 生成的 IL 程式碼是一樣的。
5.2 不需要構造委託物件
在一個需要使用委託物件的地方，我們不必每次都new 一個，只傳遞要包裝的函式即可。例如：test1 += StaticFunction; 或者 ExecuteDelegate(StaticFunction, 10);都是直接傳遞函式。編譯器可以理解這種寫法，它會自動幫我們new 一個委託物件作為引數。
5.3 不需要定義回撥方法
有時候回撥方法只有很簡單的幾行，為了程式碼更緊湊和方便閱讀，我們不想要定義一個方法。這個時候可以使用匿名方法，如：
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匿名方法也是用delegate關鍵字修飾的，形式為 delegate(引數){方法體}。匿名方法是c#2.0提供的，c#3.0提供了更優雅的lambda表示式來代替匿名方法。如：
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實際上編譯器發現方法的形參是一個委託，而我們傳遞了lambda表示式，編譯會嘗試隨機為我們生成一個外部不可見的特殊方法，本質上還是在原始碼中定義了一個新的方法，我們可以通過反編譯工具看到這個行為。lambda提供的更方便的實現方式，但在方法有重用或者實現起來比較複雜的地方，還是推薦重新定義一個方法。
五、委託與反射
雖然委託型別直接繼承了MulticastDelegate，但Delegate提供了許多有用的方法，實際上這兩個都是抽象類，只要提供一個即可，可能是.net設計的問題，搞了兩個出來。Delegate提供了CreateDelegate 和 DynamicInvoke兩個關於反射的方法。CreateDelegate提供了多種過載方式，具體可以檢視msdn；DynamicInvoke引數數一個可變的object陣列，這就保證了我們可以在對引數未知的情況下對方法進行呼叫。如：
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這裡我們只需要知道方法的名稱(靜態或例項)和委託的型別，完全不用知道方法的引數個數、具體型別和返回值就可以對方法進行呼叫。
反射可以帶來很大靈活性，但效率一直是個問題。有幾種方式可以對其進行優化。基本就是：Delegate.DynamicInvoke、Expression(構建委託) 和 Emit。從上面可以看到，DynamicInvoke的方式還是需要知道委託的具體型別(Action<int>部分)，而不能直接從方法的MethodInfo元資訊直接構建委託。當在知道委託型別的情況下，這種情況下是最簡單的實現方式。
使用委託+快取來優化反射是我比較喜歡的方式，相比另外兩種做法，可以兼顧效率和程式碼的可讀性。具體的實現方式大家可以在網上找，或者參考我的Ajax系列（還沒寫完，囧）後續也會提到。
委託和事件經常會聯絡在一起，一些面試官也特別喜歡問這個問題。它們之間究竟是一個什麼樣的關係，下一篇就對事件展開討論。