解析“60k”大佬的19道C#面試題（下）

在上篇中，我解析了前 10 道題目，本篇我將嘗試解析后面剩下的所有題目。

姐妹篇：解析“60k”大佬的19道C#面試題（上）

這些題目確實不怎么經常使用，因此在后文中，我會提一組我的私房經典“6k面試題”，供大家輕松一刻。

先略看題目：

11. 簡述 LINQ 的 lazy computation 機制
12. 利用 SelectMany 實現兩個數組中元素做笛卡爾集，然后一一相加
13. 請為三元函數實現柯里化
14. 請簡述 ref struct 的作用
15. 請簡述 ref return 的使用方法
16. 請利用 foreach 和 ref 為一個數組中的每個元素加 1
17. 請簡述 ref 、 out 和 in 在用作函數參數修飾符時的區別
18. 請簡述非 sealed 類的 IDisposable 實現方法
19. delegate 和 event 本質是什么？請簡述他們的實現機制

解析：

11. 簡述 LINQ 的 lazy computation 機制

Lazy computation 是指延遲計算，它可能體現在解析階段的表達式樹和求值階段的狀態機兩方面。

首先是解析階段的表達式樹， C# 編譯器在編譯時，它會將這些語句以表達式樹的形式保存起來，在求值時， C# 編譯器會將所有的 表達式樹 翻譯成求值方法（如在數據庫中執行 SQL 語句）。

其次是求值階段的狀態機， LINQ to Objects 可以使用像 IEnumemrable<T> 接口，它本身不一定保存數據，只有在求值時，它返回一個迭代器—— IEnumerator<T> ，它才會根據 MoveNext() / Value 來求值。

這兩種機制可以確保 LINQ 是可以延遲計算的。

12. 利用 SelectMany 實現兩個數組中元素做笛卡爾集，然后一一相加

// 11. 利用 `SelectMany` 實現兩個數組中元素的兩兩相加
int[] a1 = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] a2 = { 5, 4, 3, 2, 1 };
a1
	.SelectMany(v => a2, (v1, v2) => $"{v1}+{v2}={v1 + v2}")
	.Dump();

解析與說明：大多數人可能只了解 SelectMany 做一轉多的場景（兩參數重載，類似於 flatMap ），但它還提供了這個三參數的重載，可以允許你做多對多——笛卡爾集。因此這些代碼實際上可以用如下 LINQ 表示：

from v1 in a1
from v2 in a2
select $"{v1}+{v2}={v1 + v2}"

執行效果完全一樣。

13. 請為三元函數實現柯里化

解析：柯里化是指將 f(x, y) 轉換為 f(x)(y) 的過程，三元和二元同理：

Func<int, int, int, int> op3 = (a, b, c) => (a - b) * c;
Func<int, Func<int, Func<int, int>>> op11 = a => b => c => (a - b) * c;
op3(4, 2, 3).Dump(); // 6
op11(4)(2)(3).Dump(); // 6

通過實現一個泛型方法，實現通用的三元函數柯里化：

Func<T1, Func<T2, Func<T3, TR>>> Currylize3<T1, T2, T3, TR>(Func<T1, T2, T3, TR> op)
{
	return a => b => c => op(a, b, c);
}

// 測試代碼：
var op12 = Currylize3(op3);
op12(4)(2)(3).Dump(); // (4-2)x3=6

現在了解為啥 F# 簽名也能不用寫參數了吧，因為參數確實太長了😂

14. 請簡述 ref struct 的作用

ref struct 是 C# 7.2 發布的新功能，主要是為了配合 Span<T> ，防止 Span<T> 被誤用。

為什么會被誤用呢？因為 Span<T> 表示一段連續、固定的內存，可供托管代碼和非托管代碼訪問（不需要額外的 fixed ）這些內存可以從 stackalloc 中來，也能從 fixed 中獲取托管的位置，也能通過 Marshal.AllocHGlobal() 等方式直接分配。這些內存應該是固定的、不能被托管堆移動。但之前的代碼並不能很好地確保這一點，因此添加了 ref struct 來確保。

基於不被托管堆管理這一點，我們可以總結出以下結論：

1. 不能對 ref struct 裝箱（因為裝箱就變成引用類型了）——包括不能轉換為 object 、 dynamic
2. 禁止實現任何接口（因為接口是引用類型）
3. 禁止在 class 和 struct 中使用 ref struct 做成員或自動屬性（因為禁止隨意移動，因此不能放到托管堆中。而引用類型、 struct 成員和自動屬性都可能是在托管內存中）
4. 禁止在迭代器（ yield ）中使用 ref struct （因為迭代器本質是狀態機，狀態機是一個引用類型）
5. 在 Lambda 或 本地函數 中使用（因為 Lambda / 本地函數 都是閉包，而閉包會生成一個引用類型的類）

以前常有一個疑問，我們常常說值類型在棧中，引用類型在堆中，那放在引用類型中的值類型成員，內存在哪？（在堆中，但必須要拷到棧上使用）

加入了 ref struct ，就再也沒這個問題了。

15. 請簡述 ref return 的使用方法

這也是個類似的問題， C# 一直以來就有 值類型 ，我們常常類比 C++ 的類型系統（只有值類型），它天生有性能好處，但 C# 之前很容易產生沒必要的復制——導致 C# 並沒有很好地享受 值類型 這一優點。

因此 C# 7.0 引入了 ref return ，然后又在 C# 7.3 引入了 ref 參數可被賦值。

使用示例：

Span<int> values = stackalloc int[10086];

values[42] = 10010;
int v1 = SearchValue(values, 10010);
v1 = 10086;
Console.WriteLine(values[42]); // 10010

ref int v = ref SearchRefValue(values, 10010);
v = 10086;
Console.WriteLine(values[42]); // 10086;

ref int SearchRefValue(Span<int> span, int value)
{
	for (int i = 0; i < span.Length; ++i)
	{
		if (span[i] == value)
			return ref span[i];
	}
	return ref span[0];
}

int SearchValue(Span<int> span, int value)
{
	for (int i = 0; i < span.Length; ++i)
	{
		if (span[i] == value)
			return span[i];
	}
	return span[0];
}

注意事項：

1. 參數可以用 Span<T> 或者 ref T
2. 返回的時候使用 return ref val
3. 注意返回值需要加 ref
4. 在賦值時，等號兩邊的變量，都需要加 ref 關鍵字（ ref int v1 = ref v2 ）

其實這個 ref 就是 C/C++ 中的指針一樣。

16. 請利用 foreach 和 ref 為一個數組中的每個元素加 1

int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5};
Console.WriteLine(string.Join(",", arr)); // 1,2,3,4,5

foreach (ref int v in arr.AsSpan())
{
	v++;
}

Console.WriteLine(string.Join(",", arr)); // 2,3,4,5,6

注意 foreach 不能用 var ，也不能直接用 int ，需要 ref int ，注意 arr 要轉換為 Span<T> 。

17. 請簡述 ref 、 out 和 in 在用作函數參數修飾符時的區別

• ref 參數可同時用於輸入或輸出（變量使用前必須初始化）；
• out 參數只用於輸出（使用前無需初始化）；
• in 參數只用於輸入，它按引用傳遞，它能確保在使用過程中不被修改（變量使用前必須初始化）；

可以用一個表格來比較它們的區別：

修飾符/區別	ref	out	in	無
是否復制	❌	❌	❌	✔
能修改	✔	✔	❌	❌
輸入	✔	❌	✔	✔
輸出	✔	✔	❌	❌
需初始化	✔	❌	✔	✔

其實in就相當於C++中的const T&，我多年前就希望C#加入這個功能了。

18. 請簡述非 sealed 類的 IDisposable 實現方法

正常IDisposable實現只有一個方法即可：

void Dispose()
{
	// free managed resources...
	// free unmanaged resources...
}

但它的缺點是必須手動調用Dispose()或使用using方法，如果忘記調用了，系統的垃圾回收器不會清理，這樣就會存在資源浪費，如果調用多次，可能會存在問題，因此需要Dispose模式。

Dispose模式需要關心C#的終結器函數（有人稱為析構函數，但我不推薦叫這個名字，因為它並不和constructor構造函數對應），其最終版應該如下所示：

class BaseClass : IDisposable
{
	private bool disposed = false;

	~BaseClass()
	{
		Dispose(disposing: false);
	}

	protected virtual void Dispose(bool disposing)
	{
		if (disposed) return;

		if (disposing)
		{
			// free managed resources...
		}

		// free unmanaged resources...
		disposed = true;
	}

	public void Dispose()
	{
		Dispose(disposing: true);
		GC.SuppressFinalize(this);
	}
}

它有如下要注意的點：

1. 引入disposed變量用於判斷是否已經回收過，如果回收過則不再回收；
2. 使用protected virtual來確保子類的正確回收，注意不是在Dispose方法上加；
3. 使用disposing來判斷是.NET的終結器回收還是手動調用Dispose回收，終結器回收不再需要關心釋放托管內存；
4. 使用GC.SuppressFinalize(this)來避免多次調用Dispose；

至於本題為什么要關心非sealed類，因為sealed類不用關心繼承，因此protected virtual可以不需要。

在子類繼承於這類、且有更多不同的資源需要管理時，實現方法如下：

class DerivedClass : BaseClass
{
	private bool disposed = false;
	
	protected override void Dispose(bool disposing)
	{
		if (disposed) return;

		if (disposing)
		{
			// free managed resources...
		}

		// free unmanaged resources...
		base.Dispose(disposing);
	}
}

注意：

1. 繼承類也需要定義一個新的、不同的disposed值，不能和老的disposed共用；
2. 其它判斷、釋放順序和基類完全一樣；
3. 在繼承類釋放完后，調用base.Dispose(disposing)來釋放父類。

19. delegate 和 event 本質是什么？請簡述他們的實現機制

delegate和event本質都是多播委托（MultipleDelegate），它用數組的形式包裝了多個Delegate，Delegate類和C中函數指針有點像，但它們都會保留類型、都保留this，因此都是類型安全的。

delegate（委托）在定義時，會自動創建一個繼承於MultipleDelegate的類型，其構造函數為ctor(object o, IntPtr f)，第一個參數是this值，第二個參數是函數指針，也就是說在委托賦值時，自動創建了一個MultipleDelegate的子類。

委托在調用()時，編譯器會翻譯為.Invoke()。

注意：delegate本身創建的類，也是繼承於MultipleDelegate而非Delegate，因此它也能和事件一樣，可以指定多個響應：

string text = "Hello World";

Action v = () => Console.WriteLine(text);
v += () => Console.WriteLine(text.Length);
v(); 
// Hello World
// 11

注意，+=運算符會被編譯器會翻譯為Delegate.Combine()，同樣地-=運算符會翻譯為Delegate.Remove()。

事件是一種由編譯器生成的特殊多播委托，其編譯器生成的默認（可自定義）代碼，與委托生成的MultipleDelegate相比，事件確保了+=和-=運算符的線程安全，還確保了null的時候可以被賦值（而已）。

總結

這些技術平時可能比較冷門，全部能回答正確也並不意味着會有多有用，可能很難有機會用上。

但如果是在開發像 ASP.NET Core 那樣的超高性能網絡服務器、中間件，或者 Unity 3D 那樣的高性能游戲引擎、或者做一些高性能實時 ETL 之類的，就能依靠這些知識，做出比肩甚至超過 C / C++ 的性能，同時還能享受 C# / .NET 便利性的產品。

群里有人戲稱面試時出這些題的公司，要么是心太大，要么至少得開 60k ，因此本文取名為 60k大佬 。

輕松一刻——我的私房.NET后端6k面試題：

1. .NET的int占幾字節？
2. .NET的值類型和引用類型有什么區別？性能方面有何差異？
3. List<T>內部是什么數據結構？
4. Dictionary<K, V>內部是什么數據結構？
5. internal與protected有啥區別？
6. string/StringBuilder有啥區別？
7. 說出常用的Http狀態碼和使用場景；
8. 使用Entity Framework有哪些提高性能的技巧？
9. jwt（json web token）是什么，由哪些部分組成？
10. 計算DateTime類型需占用多少字節（需計算過程）

喜歡的朋友請關注我的微信公眾號：【DotNet騷操作】