浅谈 C# 语言的 using 语句

背景知识

外部排序指的是大文件的排序，即待排序的记录存储在外存储器上，待排序的文件无法一次装入内存，需要在内存和外部存储器之间进行多次数据交换，以达到排序整个文件的目的。外部排序最常用的算法是多路归并排序，即将原文件分解成多个能够一次性装入内存的部分，分别把每一部分调入内存完成排序。然后，对已经排序的子文件进行归并排序。

问题提出

假设我们要写一个外部排序程序。现在要讨论的是对已经排序的子文件进行归并排序。

解决方案1

下面是外部排序归并阶段的代码片段：

01:  class ExternalSorting
02:  {
03:    void Merge(string inputFileName1, string inputFileName2, string outputFileName)
04:    {
05:      using (var reader1 = new StreamReader(inputFileName1))
06:      {
07:        using (var reader2 = new StreamReader(inputFileName2))
08:        {
09:          using (var writer = new StreamWriter(outputFileName))
10:          {
11:            Merge(reader1, reader2, writer);
12:          }
13:        }
14:      }
15:    }
16:  
17:    void Merge(TextReader reader1, TextReader reader2, TextWriter writer)
18:    {
19:      var s1 = reader1.ReadLine();
20:      var s2 = reader2.ReadLine();
21:      while (s1 != null || s2 != null)
22:      {
23:        if (Compare(s1, s2) <= 0) StepIt(ref s1, reader1, writer);
24:        else StepIt(ref s2, reader2, writer);
25:      }
26:    }
27:  
28:    int Compare(string s1, string s2)
29:    {
30:      if (s1 == null && s2 == null) throw new ArgumentException("s1 和 s2 不能同时为 null");
31:      if (s1 == null) return 1;
32:      if (s2 == null) return -1;
33:      return string.Compare(s1, s2);
34:    }
35:  
36:    void StepIt(ref string s, TextReader reader, TextWriter writer)
37:    {
38:      writer.WriteLine(s);
39:      s = reader.ReadLine();
40:    }
41:  }

上述代码中的第 05 到 14 行的三个 using 语句逐个嵌套，依次缩进，是不是很难看？

注意，上述代码中第 33 行可以替换为你想要的比较大小的方法，以便按照不同的关键字进行排序。

解决方案2

我们知道，可以将多个对象与 using 语句一起使用，但必须在 using 语句中声明这些对象。因此，我们可以将上述的第 05 到 14 行的代码重构如下：

1:  using (TextReader reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
2:                    reader2 = new StreamReader(inputFileName2))
3:  {
4:    using (TextWriter writer = new StreamWriter(outputFileName))
5:    {
6:      Merge(reader1, reader2, writer);
7:    }
8:  }

但是还是有两个嵌套的 using 语句，不爽。

解决方案3

我们还知道，C# 编译器实际上将 using 语句转化为 try - finally 块。那么我们继续进行重构：

01:  TextReader reader1 = null;
02:  TextReader reader2 = null;
03:  TextWriter writer = null;
04:  try
05:  {
06:    reader1 = new StreamReader(inputFileName1);
07:    reader2 = new StreamReader(inputFileName2);
08:    writer = new StreamWriter(outputFileName);
09:    Merge(reader1, reader2, writer);
10:  }
11:  finally
12:  {
13:    if (reader1 != null) reader1.Dispose();
14:    if (reader2 != null) reader2.Dispose();
15:    if (writer != null) writer.Dispose();
16:  }

这样看起来很不错的样子。注意：

• 如果上述代码片段不是 Merge 方法中仅有的代码块，请使用一对大括号将其括起来，以便为上述三个对象(reader1、reader2 和 writer)创建有限的范围。
• 实际上 C# 编译器对解决方案1和解决方案2生成的 IL 代码是差不多的，都是三个嵌套的 try - finally 块。而不是象解决方案3中那样只有一个 try - finally 块。

解决方案4

我们知道 using 语句只不过是提供能确保正确使用 IDisposable 对象的方便语法。using 语句按照正确的方式调用对象上的 Dispose 方法，并会导致在调用 Dispose 时对象自身处于范围之外。因此，可以重构如下：

1:  using (IDisposable reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
2:                     reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
3:                     writer = new StreamWriter(outputFileName))
4:  {
5:    Merge(reader1 as TextReader, reader2 as TextReader, writer as TextWriter);
6:  }

这是我最喜欢的方案，你们呢？

解决方案5

但是，解决方案4中第 5 行中使用三个 as 进行强制类型转换毕竟不爽。考虑进行以下重构：

1:  using (TextReader reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
2:         TextReader reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
3:         TextWriter writer = new StreamWriter(outputFileName))
4:  {
5:    Merge(reader1, reader2, writer);
6:  }

可惜，上述代码片段无法通过编译，出现以下编译错误：

 CS1044: 在 for、using 和 fixed 或声明语句中不能使用多个类型。

这个编译错误实在是没有道理。实际上在 for、using 和 fixed 语句中能够使用多个类型对程序员来说很有用的，而且 C# 编译器实现这点也没有什么困难。你们以为呢？

解决方案6

好吧，我们换一种方法进行重构：

1:  using (var reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
2:             reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
3:             writer = new StreamWriter(outputFileName))
4:  {
5:    Merge(reader1, reader2, writer);
6:  }

非常遗憾，还是无法通过编译。这次的错误信息如下：

 CS0819: 隐式类型的局部变量不能有多个声明符。

这个编译错误也是没有道理的。同样，在隐式类型的局部变量中有多个声明符对程序员来说也是很有用的，对 C# 编译器来说也没有什么实现上困难。你们以为呢？

结论

建议修改 C# 编译器，去掉 CS1044 和 CS0819 编译错误，以便允许解决方案5和解决方案6，造福广大 C# 程序员。

对于目前的 C# 编译器，建议使用解决方案4。

 

参考资料

1. using Statement (C# Reference)
2. Wikipedia: External sotring