解析“60k”大佬的19道C#面试题（上）

解析“60k”大佬的19道C#面试题（上）

先略看题目：

1. 请简述async函数的编译方式
2. 请简述Task状态机的实现和工作机制
3. 请简述await的作用和原理，并说明和GetResult()有什么区别
4. Task和Thread有区别吗？如果有请简述区别
5. 简述yield的作用
6. 利用IEnumerable<T>实现斐波那契数列生成
7. 简述stackless coroutine和stackful coroutine的区别，并指出C#的coroutine是哪一种
8. 请简述SelectMany的作用
9. 请实现一个函数Compose用于将多个函数复合
10. 实现Maybe<T> monad，并利用LINQ实现对Nothing（空值）和Just（有值）的求和
11. 简述LINQ的lazy computation机制
12. 利用SelectMany实现两个数组中元素的两两相加
13. 请为三元函数实现柯里化
14. 请简述ref struct的作用
15. 请简述ref return的使用方法
16. 请利用foreach和ref为一个数组中的每个元素加1
17. 请简述ref、out和in在用作函数参数修饰符时的区别
18. 请简述非sealed类的IDisposable实现方法
19. delegate和event本质是什么？请简述他们的实现机制

没错，这是一位来自【广州.NET技术俱乐部】微信群的偏Programming Languages（编程语言开发科学）的大佬，本文我将斗胆回答一下这些题目😂。

由于这些题目（对我来说）比较难，因此我这次只斗胆回答前10道题，发作上篇，另外一半的题目再等我慢慢查阅资料，另行回答😂。

解析：

1. 请简述async函数的编译方式

async/await是C# 5.0推出的异步代码编程模型，其本质是编译为状态机。只要函数前带上async，就会将函数转换为状态机。

2. 请简述Task状态机的实现和工作机制

CPS全称是Continuation Passing Style，在.NET中，它会自动编译为：

1. 将所有引用的局部变量做成闭包，放到一个隐藏的状态机的类中；
2. 将所有的await展开成一个状态号，有几个await就有几个状态号；
3. 每次执行完一个状态，都重复回调状态机的MoveNext方法，同时指定下一个状态号；
4. MoveNext方法还需处理线程和异常等问题。

3. 请简述await的作用和原理，并说明和GetResult()有什么区别

从状态机的角度出发，await的本质是调用Task.GetAwaiter()的UnsafeOnCompleted(Action)回调，并指定下一个状态号。

从多线程的角度出发，如果await的Task需要在新的线程上执行，该状态机的MoveNext()方法会立即返回，此时，主线程被释放出来了，然后在UnsafeOnCompleted回调的action指定的线程上下文中继续MoveNext()和下一个状态的代码。

而相比之下，GetResult()就是在当前线程上立即等待Task的完成，在Task完成前，当前线程不会释放。

注意：Task也可能不一定在新的线程上执行，此时用GetResult()或者await就只有会不会创建状态机的区别了。

4. Task和Thread有区别吗？如果有请简述区别

Task和Thread都能创建用多线程的方式执行代码，但它们有较大的区别。

Task较新，发布于.NET 4.5，能结合新的async/await代码模型写代码，它不止能创建新线程，还能使用线程池（默认）、单线程等方式编程，在UI编程领域，Task还能自动返回UI线程上下文，还提供了许多便利API以管理多个Task，用表格总结如下：

区别	Task	Thread
.NET版本	4.5	1.1
async/await	支持	不支持
创建新线程	支持	支持
线程池/单线程	支持	不支持
返回主线程	支持	不支持
管理API	支持	不支持

TL;DR就是，用Task就对了。

5. 简述yield的作用

yield需配合IEnumerable<T>一起使用，能在一个函数中支持多次（不是多个）返回，其本质和async/await一样，也是状态机。

如果不使用yield，需实现IEnumerable<T>，它只暴露了GetEnumerator<T>，这样确保yield是可重入的，比较符合人的习惯。

注意，其它的语言，如C++/Java/ES6实现的yield，都叫generator（生成器），这相当于.NET中的IEnumerator<T>（而不是IEnumerable<T>）。这种设计导致yield不可重入，只要其迭代过一次，就无法重新迭代了，需要注意。

6. 利用IEnumerable<T>实现斐波那契数列生成

IEnumerable<int> GenerateFibonacci(int n)
{
	int current = 1, next = 1;

	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		yield return current;
		next = current + (current = next);
	}
}

7. 简述stackless coroutine和stackful coroutine的区别，并指出C#的coroutine是哪一种

stackless和stackful对应的是协程中栈的内存，stackless表示栈内存位置不固定，而stackful则需要分配一个固定的栈内存。

在继续执行（Continuation/MoveNext()）时，stackless需要编译器生成代码，如闭包，来自定义继续执行逻辑；而stackful则直接从原栈的位置继续执行。

性能方面，stackful的中断返回需要依赖控制CPU的跳转位置来实现，属于骚操作，会略微影响CPU的分支预测，从而影响性能（但影响不算大），这方面stackless无影响。

内存方面，stackful需要分配一个固定大小的栈内存（如4kb），而stackless只需创建带一个状态号变量的状态机，stackful占用的内存更大。

骚操作方面，stackful可以轻松实现完全一致的递归/异常处理等，没有任何影响，但stackless需要编译器作者高超的技艺才能实现（如C#的作者），注意最初的C# 5.0在try-catch块中是不能写await的。

和已有组件结合/框架依赖方面，stackless需要定义一个状态机类型，如Task<T>/IEnumerable<T>/IAsyncEnumerable<T>等，而stackful不需要，因此这方面stackless较麻烦。

Go属于stackful，因此每个goroutine需要分配一个固定大小的内存。

C#属于stackless，它会创建一个闭包和状态机，需要编译器生成代码来指定继续执行逻辑。

总结如下：

功能	stackless	stackful
内存位置	不固定	固定
继续执行	编译器定义	CPU跳转
性能/速度	快	快，但影响分支预测
内存占用	低	需要固定大小的栈内存
编译器难度	难	适中
组件依赖	不方便	方便
嵌套	不支持	支持
举例	C#/js	Go/C++ Boost

8. 请简述SelectMany的作用

相当于js中数组的flatMap，意思是将序列中的每一条数据，转换为0到多条数据。

SelectMany可以实现过滤/.Where，方法如下：

public static IEnumerable<T> MyWhere<T>(this IEnumerable<T> seq, Func<T, bool> predicate)
{
    return seq.SelectMany(x => predicate(x) ? 
        new[] { x } : 
        Enumerable.Empty<T>());
}

SelectMany是LINQ中from关键字的组成部分，这一点将在第10题作演示。

9. 请实现一个函数Compose用于将多个函数复合

public static Func<T1, T3> Compose<T1, T2, T3>(this Func<T1, T2> f1, Func<T2, T3> f2)
{
    return x => f2(f1(x));
}

然后使用方式：

Func<int, double> log2 = x => Math.Log2(x);
Func<double, string> toString = x => x.ToString();

var log2ToString = log2.Compose(toString);

Console.WriteLine(log2ToString(16)); // 4

10. 实现Maybe<T> monad，并利用LINQ实现对Nothing（空值）和Just（有值）的求和

本题比较难懂，经过和大佬确认，本质是要实现如下效果：

void Main()
{
	Maybe<int> a = Maybe.Just(5);
	Maybe<int> b = Maybe.Nothing<int>();
	Maybe<int> c = Maybe.Just(10);

	(from a0 in a from b0 in b select a0 + b0).Dump(); // Nothing
	(from a0 in a from c0 in c select a0 + c0).Dump(); // Just 15
}

按照我猴子进化来的大脑的理解，应该很自然地能写出如下代码：

public class Maybe<T> : IEnumerable<T>
{
	public bool HasValue { get; set; }
	public T Value { get; set;}
	
	IEnumerable<T> ToValue()
	{
		if (HasValue) yield return Value;
	}

	public IEnumerator<T> GetEnumerator()
	{
		return ToValue().GetEnumerator();
	}

	IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
	{
		return ToValue().GetEnumerator();
	}
}

public class Maybe
{
	public static Maybe<T> Just<T>(T value)
	{
		return new Maybe<T> { Value = value, HasValue = true};
	}
	
	public static Maybe<T> Nothing<T>()
	{
		return new Maybe<T>();
	}
}

这种很自然，通过继承IEnumerable<T>来实现LINQ to Objects的基本功能，但却是错误答案。

正确答案：

public struct Maybe<T>
{
	public readonly bool HasValue;
	public readonly T Value;

	public Maybe(bool hasValue, T value)
	{
		HasValue = hasValue;
		Value = value;
	}

	public Maybe<B> SelectMany<TCollection, B>(Func<T, Maybe<TCollection>> collectionSelector, Func<T, TCollection, B> f)
	{
		if (!HasValue) return Maybe.Nothing<B>();

		Maybe<TCollection> collection = collectionSelector(Value);
		if (!collection.HasValue) return Maybe.Nothing<B>();

		return Maybe.Just(f(Value, collection.Value));
	}

	public override string ToString() => HasValue ? $"Just {Value}" : "Nothing";
}

public class Maybe
{
	public static Maybe<T> Just<T>(T value)
	{
		return new Maybe<T>(true, value);
	}

	public static Maybe<T> Nothing<T>()
	{
		return new Maybe<T>();
	}
}

注意：
首先这是一个函数式编程的应用场景，它应该使用struct——值类型。

其次，不是所有的LINQ都要走IEnumerable<T>，可以用手撸的LINQ表达式——SelectMany来表示。（关于这一点，其实特别重要，我稍后有空会深入聊聊这一点。）

总结

这些技术平时可能比较冷门，全部能回答正确也并不意味着会有多有用，可能很难有机会用上。

但如果是在开发像ASP.NET Core那样的超高性能网络服务器、中间件，或者Unity 3D那样的高性能游戏引擎、或者做一些高性能实时ETL之类的，就能依靠这些知识，做出比肩甚至超过C/C++的性能，同时还能享受C#/.NET便利性的产品。

群里有人戏称面试时出这些题的公司，要么是心太大，要么至少得开60k，因此本文取名为60k大佬。

敬请期待我的下篇😂。

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