關(guān)于C#實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究

韓志強(qiáng)

（赤峰學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

關(guān)于C#實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究

韓志強(qiáng)

（赤峰學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制是利用回調(diào)函數(shù)（低層的函數(shù)庫(kù)調(diào)用高層的應(yīng)用程序）通過(guò)控制反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的.事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制最重要的兩個(gè)特征是被動(dòng)性和異步性.在C#中可以通過(guò)委托實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制.

事件驅(qū)動(dòng)；回調(diào)函數(shù)；事件；觀察者模式

隨著.NET平臺(tái)的不斷推廣，現(xiàn)支持.NET開(kāi)發(fā)的編程語(yǔ)言越來(lái)越多.但在眾多編程語(yǔ)言中，只有C#是微軟公司從一開(kāi)始就專門(mén)針對(duì).NET平臺(tái)的CLR進(jìn)行設(shè)計(jì)的語(yǔ)言.由于.NET平臺(tái)需要Windows操作系統(tǒng)的支持，這就要求其支持的語(yǔ)言都必須接受Windows事件驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)制，C#也不例外.本文下面將對(duì)C#是如何實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)模型這方面的內(nèi)容進(jìn)行探究.

1 事件和消息

廣義上講，事件也稱為消息，是程序中令人關(guān)注的信息狀態(tài)上的變化，其含義比較廣泛；在基于事件驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中，事件分為內(nèi)建事件（包括底層事件和語(yǔ)義事件）和自定義事件.但是嚴(yán)格說(shuō)來(lái)消息與事件不是同一個(gè)概念.消息是Windows內(nèi)部最基本的通訊方式，事件需要通過(guò)消息來(lái)傳遞，是消息的主要來(lái)源.每當(dāng)用戶觸發(fā)一個(gè)事件，如移動(dòng)鼠標(biāo)或敲擊鍵盤(pán)，系統(tǒng)都會(huì)將其轉(zhuǎn)化為消息并放入其相應(yīng)程序的消息隊(duì)列中.

2 事件驅(qū)動(dòng)模型

為了了解事件驅(qū)動(dòng)模型，我們先看看利用win 32的API在windows下創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單窗口的步驟：

①創(chuàng)建一個(gè)用于注冊(cè)事件處理器的事件源（發(fā)生事件時(shí)，能發(fā)出消息到應(yīng)用程序的消息隊(duì)列）

②編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)消息循環(huán)的事件管理器（從消息隊(duì)列獲取消息，并對(duì)消息進(jìn)行解釋分析，然后調(diào)用相應(yīng)的事件處理器）

③編寫(xiě)事件處理器（根據(jù)消息，被系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用并執(zhí)行相應(yīng)的處理操作）

通過(guò)對(duì)上述步驟進(jìn)行分析，我們可以得到這樣的結(jié)論，事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制是利用回調(diào)函數(shù)（低層的函數(shù)庫(kù)調(diào)用高層的應(yīng)用程序）通過(guò)控制反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的.事件驅(qū)動(dòng)式最重要的兩個(gè)特征是被動(dòng)性和異步性.被動(dòng)性來(lái)自控制反轉(zhuǎn)，異步性來(lái)自會(huì)話切換.

在支持事件驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，消息循環(huán)是現(xiàn)成的.許多IDE的圖形編輯器在程序開(kāi)發(fā)人員點(diǎn)擊控件后，還能自動(dòng)生成事件處理器的骨架代碼，連注冊(cè)的步驟也省略了.但我們要知道事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制并不局限于GUI應(yīng)用.程序開(kāi)發(fā)人員有時(shí)須自行設(shè)計(jì)整個(gè)事件系統(tǒng)，他需要決定：采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制是否合適？如果合適，如何設(shè)計(jì)事件機(jī)制？其中包括事件定義、事件觸發(fā)、事件偵查、事件轉(zhuǎn)化、事件合并、事件調(diào)度、事件傳播、事件處理等一系列問(wèn)題.

3 C#如何實(shí)現(xiàn)觀察者模式——一個(gè)典型的事件驅(qū)動(dòng)模型

觀察者模式又名發(fā)布/訂閱模式，既是事件驅(qū)動(dòng)模型的簡(jiǎn)化，也是事件驅(qū)動(dòng)模型的核心思想.該模式省略了事件管理器部分，由事件源直接調(diào)用事件處理器的接口.這樣更加簡(jiǎn)明易用，但威力有所削弱，缺少事件管理、事件連帶等機(jī)制.下面將以觀察者模式為例，說(shuō)明C#是如何實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的.

在C#中可以通過(guò)委托（delegate）實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制.下面我們將分步介紹其實(shí)現(xiàn)步驟：

3.1 定義多個(gè)訂閱者類

（1）在每個(gè)訂閱者類的內(nèi)部都定義能夠接收發(fā)布者通知的訂閱者方法.

（2）作為訂閱者方法，他們的參數(shù)和返回類型必須與來(lái)自于發(fā)布者類的委托匹配.

3.2 定義發(fā)布者類

（1）在發(fā)布者類內(nèi)定義一個(gè)委托類型，委托類型的定義簽名和需注冊(cè)的訂閱者方法簽名相匹配.

（2）利用已定義的委托類型，定義一個(gè)該委托類型的“委托屬性”，該屬性用來(lái)存儲(chǔ)注冊(cè)的訂閱者方法列表.在發(fā)布者類中，只需一個(gè)委托字段即可存儲(chǔ)所有訂閱者.換言之，來(lái)自同一個(gè)發(fā)布者發(fā)布的通知會(huì)同時(shí)被多個(gè)訂閱者接收到.

（3）再定義一個(gè)成員（屬性或方法均可），負(fù)責(zé)通過(guò)“委托屬性”調(diào)用已注冊(cè)的多個(gè)訂閱者方法.在該環(huán)節(jié)中，必須要判斷“委托屬性”是否為空，如果“委托屬性”為空，在執(zhí)行時(shí)會(huì)引發(fā)一個(gè)Null Reference Exception異常.為了避免這個(gè)問(wèn)題，有必要在觸發(fā)事件之前檢查空值.在這里，我們并不是一開(kāi)始就檢查空值，而是首先將“委托屬性”賦給另一個(gè)委托變量.這個(gè)簡(jiǎn)單的修改可以確保在檢查空值和發(fā)送通知之間，假如所有的訂閱者都被一個(gè)不同的線程移除，也不會(huì)觸發(fā)Null Reference Exception異常.

3.3 然后定義main()方法所在的類，連接訂閱者和發(fā)布者

（1）對(duì)發(fā)布者和多個(gè)訂閱者進(jìn)行實(shí)例化.

（2）向發(fā)布者的“委托屬性”注冊(cè)多個(gè)訂閱者.

（3）然后發(fā)布者通過(guò)“委托屬性”實(shí)現(xiàn)調(diào)用多個(gè)已注冊(cè)的訂閱者方法.

4 使用C#委托來(lái)實(shí)現(xiàn)觀察者模式的缺陷及解決方法

經(jīng)過(guò)上面的步驟我們利用委托實(shí)現(xiàn)了觀察者模式.但是如果我們仔細(xì)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)，委托結(jié)構(gòu)中存在的缺陷可能造成程序人員不經(jīng)意地引入了一個(gè)問(wèn)題.這個(gè)問(wèn)題和封裝有關(guān)，即無(wú)論事件的訂閱方面還是發(fā)布方面，都不能得到充分的控制，外部對(duì)象可以很容易地影響事件的訂閱和發(fā)布.為此C#使用關(guān)鍵字event（事件）來(lái)解決這些問(wèn)題.

4.1 在封裝訂閱方面

利用委托實(shí)現(xiàn)的觀察者模式中，我們?cè)谔砑佑嗛喺叻椒〞r(shí)，可以使用運(yùn)算符“=”、“+”、“+=”；在取消訂閱時(shí)，可以使用運(yùn)算符“-”、“-=”.由于個(gè)運(yùn)算符的作用不同，很容易出現(xiàn)錯(cuò)用運(yùn)算符的問(wèn)題.所以有必要對(duì)運(yùn)算符的使用作出限制.為此C#提供的event（事件）對(duì)運(yùn)算符作出限制，要求外部類只能使用“+=”添加訂閱，也只能使用“-=”取消訂閱.

4.2 在封裝發(fā)布方面

在上述實(shí)現(xiàn)的觀察者模式中，已注冊(cè)的多個(gè)訂閱者方法“委托屬性”，除了可以被發(fā)布者調(diào)用外，還可以被其它的對(duì)象所調(diào)用.這會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)所有的訂閱者都接到一個(gè)通知是，但這個(gè)通知卻可能不是發(fā)布者發(fā)布的，而是其它對(duì)象發(fā)布的.為了解決此問(wèn)題，C#提供的event（事件）要求只有包容類（發(fā)布者）才能觸發(fā)（發(fā)布）一個(gè)事件通知.

C#利用關(guān)鍵字event完美地解決了上述的問(wèn)題.因此我們可以對(duì)“利用委托實(shí)現(xiàn)的觀察者模式”進(jìn)行一下改進(jìn)，把“委托屬性”移除，改為聲明一個(gè)添加了關(guān)鍵字event的public事件.

5 C#事件的內(nèi)部機(jī)制探析

上面提到了C#利用event（事件）達(dá)到了解決問(wèn)題的目的.但事件在C#內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

事件實(shí)際上是一個(gè)特殊的委托；當(dāng)C#編譯器獲取到帶有event修飾符的public委托變量時(shí)，首先將委托聲明為private；然后，還添加了兩個(gè)方法和兩個(gè)特殊的事件塊.因此從本質(zhì)上說(shuō)，event關(guān)鍵字是C#編譯器用于生成恰當(dāng)封裝邏輯的一個(gè)C#快捷方式.

當(dāng)C#編譯器遇到event關(guān)鍵字，就會(huì)自動(dòng)對(duì)其代碼進(jìn)行擴(kuò)展，生成與之等價(jià)的CIL代碼.具體實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容為：

（1）C#編譯器在獲取原始事件定義后，首先在原位置上定義一個(gè)private委托變量.這樣一來(lái)，該委托在任何外部類都無(wú)法使用——即使是在從它派生的類中.

（2）接著編譯定義兩個(gè)方法，即add_XXX()和remove_XXX().其中，XXX后綴是從原始事件名中截取的.這兩個(gè)方法分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)“+=”、“-=”賦值運(yùn)算符.

（3）最后定義了用event 關(guān)鍵字聲明的兩個(gè)事件塊，其語(yǔ)法與屬性的getter 和setter 非常類似，只是方法名變成了add 和remove.其中add 塊負(fù)責(zé)處理“+=”運(yùn)算符，它將調(diào)用add_XXX()方法實(shí)現(xiàn)添加訂閱；remove 塊負(fù)責(zé)處理“-=”運(yùn)算符，它將調(diào)用 remove_XXX()方法實(shí)現(xiàn)取消訂閱.

這里我們要注意，在最終的CIL代碼中，仍然保留了event關(guān)鍵字.換言之，事件是CIL代碼能夠識(shí)別的一樣?xùn)|西，他并不只是一個(gè)C#構(gòu)造.在CIL代碼中保留一個(gè)等價(jià)的event關(guān)鍵字之后，所有語(yǔ)言和編譯器都能將事件識(shí)別為一個(gè)特殊的類成員，并正確處理它.

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面的敘述，我們看到C#通過(guò)event關(guān)鍵字提供了必要的封裝來(lái)防止外部類發(fā)布一個(gè)通知或者取消之前的訂閱者.解決了普通委托存在的兩個(gè)問(wèn)題，這是C#提供event關(guān)鍵字的關(guān)鍵原因之一.所以利用C#實(shí)現(xiàn)事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制的最佳做法就是使用event（事件）.

TP 311

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1673-260X（2010）12-0050-02