[你必須知道的.NET]第三十二回，，深入.NET 4.0之，Tuple一二

Tuple，是函數式編程的概念之一，早見于Elang、F#等動態語言。不過，我第一次聽說Tuple還早在2005年園子的Ninputer大牛提出在.NET 2.0實現Tuple的基本想法。作為.NET 4.0 BCL的一部分，本文曉以一二要點，對Tuple進行一翻分析，以期對這個新成員表示歡迎。

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發布日期：2009.06.01 作者：Anytao
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Tuple，是函數式編程的概念之一，早見于Elang、F#等動態語言。不過，我第一次聽說Tuple還早在2005年園子的Ninputer大牛提出在.NET 2.0實現Tuple的基本想法，我們可以通過以下地址仰慕當時的歷史片段：
探討.NET 2.0中Tuple的實現方法
由此可見，Tuple不是.NET 4.0的創造發明，但卻是C#趨于函數式編程概念的必要補充。那么，我們首先來看看，什么是Tuple？

Tuple為何物？

什么是Tuple，在漢語上我們將其翻譯為元組。Tuple的概念源于數學概念，表示有序的數據集合。在.NET中Tuple被實現為泛型類型，n-Tuple表示有n個元素的Tuple，集合的元素可以是任何類型，例如定義一個3-Tuple表示Date(Year, Month, Day)時可以定義為：

// Release : code01, 2009/05/29
// Author  : Anytao, http://www.anytao.com
var date = Tuple.Create<int, int, int>(2009, 5, 29);

通過Tuple.Create<int, int, int>將定義一個Tuple<int, int, int>實例，該實例實現三個數據成員：

對于Tuple的具體解析我們隨后分析，當下僅了解一個大致。

我們可以有兩個方面的理解，在.NET中關于Tuple我們有如下的定義：

廣義上， Tuple就是一種數據結構，通常情況下，其成員的類型及數據是確定的。
狹義上，凡是實現了ITuple接口的類型，都是Tuple的實例。在.NET 4.0 BCL中，預定義了8個Tuple類型。例如最簡單的Tuple定義為：

public class Tuple<T1> : IStructuralEquatable, IStructuralComparable, IComparable, ITuple
{
}

其他所有的Tuple類型都實現了ITuple接口，該接口被定義為：

interface ITuple
{
    int Size { get; }

    int GetHashCode(IEqualityComparer comparer);
    string ToString(StringBuilder sb);
}

在該接口中，定義了一個只讀屬性Size、兩個覆寫方法GetHashCode和ToString，實現該接口的Tuple八大金剛如下：

public class Tuple<T1>
public class Tuple<T1, T2>
public class Tuple<T1, T2, T3>
public class Tuple<T1, T2, T3, T4>
public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5>
public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6>
public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7>
public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, TRest>

注：Size屬性、ToString(StringBuilder sb)方法，均被實現為顯示接口方法，所以只能以接口實例訪問，不過ITuple本身被定義internal，意味著我們無法在程序中訪問ITuple，何意何解尚不明確。

在下面的定義中，我們將Custom Request封裝為Tuple：

// Release : code02, 2009/05/29
// Author  : Anytao, http://www.anytao.com
public class MyRequest
{
    public Tuple<string, Uri, DateTime> GetMyRequest()
    {
        return Tuple.Create<string, Uri, DateTime>("anytao.com", new Uri("http://anytao.net/"), DateTime.Now);
    }
}

為什么要用Tuple呢？這是個值得權衡的問題，上述MyRequest類型中通過3-Tuple對需要的Request信息進行封裝，我們當然也可創建一個新的struct來封裝，兩種方式均可勝任。然則，在實際的編程實踐中，很多時候我們需要一種靈活的創建一定數據結構的類型，很多時候新的數據結構充當著“臨時”角色，通過大動干戈新類型完全沒有必要，而Tuple既是為此種體驗而設計的。例如：

Point {X, Y}，可以表示坐標位置的數據結構。
Date {Year, Month, Day}，可以表示日期結構；Time {Hour, Minute, Second}，可以表示時間結構；而DateTime {Date, Time}則可以實現靈活的日期時間結構。
Request {Name, URL, Result}，可以表示Request的若干信息。
。。。，隨需而取。

Tuple inside

為了對Tuple一探究竟，我們使用Reflector工具打開神秘之門，就實現而言，Tuple類型略顯單薄，并沒有什么“神奇”的設計，以Tuple<T1, T2>而言，我們可以看到其部分實現：

[Serializable]
public class Tuple<T1, T2> : IStructuralEquatable, IStructuralComparable, IComparable, ITuple
{
    // Fields
    private T1 m_Item1;
    private T2 m_Item2;

    // Methods
    public Tuple(T1 item1, T2 item2)
    {
        this.m_Item1 = item1;
        this.m_Item2 = item2;
    }


    string ITuple.ToString(StringBuilder sb)
    {
        sb.Append(this.m_Item1);
        sb.Append(", ");
        sb.Append(this.m_Item2);
        sb.Append(")");
        return sb.ToString();
    }

    int ITuple.Size
    {
        get
        {
            return 2;
        }
    }

    // Properties
    public T1 Item1
    {
        get
        {
            return this.m_Item1;
        }
    }

    public T2 Item2
    {
        get
        {
            return this.m_Item2;
        }
    }

    //More and more...
}

其他的Tuple類型也大致如此，所以我們易于知曉Item1、Item2、…、ItemN是如何被定義的，同時也納悶Size屬性將何去何從，也打消了我們期望通過foreach來遍歷Tuple元素的可能，未來如何，只有期待。

不過，對于Tuple而言，因為其元素數量的有限性，雖然能夠滿足大部分的需求，當時動態體驗是我們越來越期望的編程體驗。同時，尤其注意public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, TRest> 引發的可能ArgumentException，例如：

// Release : code03, 2009/05/31
// Author  : Anytao, http://www.anytao.com
var t8 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, int>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8);
Console.WriteLine(t8.Rest);

將引發異常：

Unhandled Exception: System.ArgumentException: The last element of an eight element tuple must be a Tuple.

提示我們最后的TRest應該為Tuple，所以修改程序為：

// Release : code04, 2009/05/31
// Author  : Anytao, http://www.anytao.com
var trest = Tuple.Create<int>(8);
var t8 = Tuple.Create<int, int, int, int, int, int, int, Tuple<int>>(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, trest);
Console.WriteLine(t8.Rest);

則沒有任何問題，究其原因我們很容易從Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, TRest>構造方法中找到答案：

public Tuple(T1 item1, T2 item2, T3 item3, T4 item4, T5 item5, T6 item6, T7 item7, TRest rest)
{
    if (!(rest is ITuple))
    {
        throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("ArgumentException_TupleLastArgumentNotATuple"));
    }
    this.m_Item1 = item1;
    this.m_Item2 = item2;
    this.m_Item3 = item3;
    this.m_Item4 = item4;
    this.m_Item5 = item5;
    this.m_Item6 = item6;
    this.m_Item7 = item7;
    this.m_Rest = rest;
}

TRest類型參數必須被實現為ITuple，否則引發異常。TRest在某種程度上為元素的擴展帶來點方便，但是我仔細想來，總覺此處TRest的設計有點多此一舉，既然是類型參數，T1、T2、…、TN其實均可為ITuple實例，何必非拘泥于最后一個。

優略之間

當前，.NET 4.0預定義的Tuple類型僅有8個，所以我們應考慮對于Tuple提供適度擴展的可能，然而遺憾的是ITuple類型被實現為internal，所以我們無法繼承ITuple，只好自定義類似的實現：

優勢所在：

為方法實現多個返回值體驗，這是顯然的，Tuple元素都可以作為返回值。
靈活的構建數據結構，符合隨要隨到的公仆精神。
強類型。

不足總結：

當前Tuple類型的成員被實現為確定值，目前而言，還沒有動態決議成員數量的機制，如果你有可以告訴我:-)
public class Tuple<T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, TRest>，可能引發ArgumentException。

參考文獻

探討.NET 2.0中Tuple的實現方法
Tuple, a new type on .Net 4.0
Functional .NET 4.0 - Tuples and Zip

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