C#泛型方法的類型推斷
這個問題是我在測試上一篇隨筆《C# 使用 Binder 類自定義反射》中的類時發現的，當時為了能夠讓 PowerBinder 支持泛型方法綁定，完成了一些簡單的類型推斷工作，但是它只能支持直接使用泛型參數 T 作為參數類型，對于 T[]，IList<T> 這種復雜一些的情況是不能處理的。
或者舉個復雜點的例子，對于下面的泛型方法定義：
- void Method<T>(IList<T> a, params T[] args);
再給出參數類型為：
- { typeof(IList<int>), typeof(int[]) }
- { typeof(IList<int[]>), typeof(int[]) }
- { typeof(IList<int[]>), typeof(int[][]) }
我希望能夠正確的推斷出 T 的類型分別為 int、int[] 和 int[]。
后來參考了《CSharp Language Specification》v5.0 中 7.5.2 類型推斷 一節，規范中給出了 C# 中進行類型推斷的兩階段算法，算法分為兩階段主要是為了支持實參表達式和匿名函數的推斷，而我的需求則要簡單很多，只要支持普通的參數就可以了。又參考了 7.5.2.13 方法組轉換的類型推斷 一節，最終得到了下面的簡化算法。
首先對幾個名詞進行區分：類型形參、類型實參、方法形參和方法實參。
對于泛型方法定義 void Method<T>(T a)，其中的 T 是類型形參，T a 是方法形參。
對于相應的封閉泛型方法的調用 Method<int>(10)，其中的 int 就是類型實參，10 就是方法實參。
泛型方法的類型推斷，從形式上來定義，就是對給定泛型方法 Tr M<X1, …, Xn>(T1 x1, …, Tm xm)，其中 Tr 是返回值，X1, …, Xn 是類型形參，T1, …, Tm 是方法形參，和一個委托類型 D(U1 x1, …, Um xm)，找到一組類型實參 S1, …, Sn，使表達式 M<S1, …, Sn> 與 D 兼容（D 可由 M<S1, …, Sn> 隱式轉換而來）。
該算法首先認為所有 Xi 均未固定（即沒有預設值），并從 D 的每個實參類型 Ui 到 M 的對應形參類型 Ti 進行下限推斷（前提是 Ti 包含類型形參，即 ContainsGenericParameters == true），但是如果 xi 為 ref 或 out 形參，則從 Ui 到 Ti 進行精確推斷。如果沒有為任何 Xi 找到界限，則類型推斷將失敗。否則，所有將 Xi 均固定到對應的 Si，它們是類型推斷的結果。下面給出詳細的推斷算法，這里的算法經過了我的修改，與原規范并不完全相同。
1. 下限推斷
這里的下限推斷指的是對于給定的實參類型 U，找到合適的形參類型 V，使得 V.IsImplicitFrom(U)。
按如下所述從類型 U 到類型 V 進行下限推斷：
- 如果 V 是 Xi 之一，則將 U 添加到 Xi 的下限界限集中。
- 否則，如果 V 為 V1? 類型，而 U 為 U1? 類型，則從 U1 到 V1 進行下限推斷。
- 否則，如果 V 是數組類型 V1[…]，U 是具有相同秩的數組類型 U1[…]，或者 V 是一個 IEnumerable<V1>、ICollection<V1> 或 IList<V1>，U 是一維數組類型 U1[]，則從 U1 到 V1 進行下限推斷。
- 否則，如果 V 是構造類、結構、接口或委托類型 C<V1…Vk>，并且存在唯一類型 C<U1…Uk> ，使 U 等于、（直接或間接）繼承自或者（直接或間接）實現 C<U1…Uk>（“唯一性”限制表示對于 interface C<T>{} class U: C<X>, C<Y>{}，不進行從 U 到 C<T> 的推斷，因為 U1 可以是 X 或 Y。），則從每個 Ui 到對應的 Vi 進行推斷，推斷依賴于 C 的第 i 個類型參數：
- 如果該參數是協變的，則進行下限推斷。
- 如果該參數是逆變的，則進行上限推斷。
- 如果該參數是固定的，則進行精確推斷。
- 否則，不進行任何推斷。
2. 精確推斷
這里的精確推斷指的是對于給定的實參類型 U，找到合適的形參類型 V，使得 U == V。
按如下所述從類型 U 到類型 V 進行精確推斷：
- 如果 V 是 Xi 之一，則將 U 添加到 Xi 的精確界限集中。
- 否則，通過檢查是否存在以下任何一種情況來確定集合 V1…Vk 和 U1…Uk ：
- V 是數組類型 V1[…] ， U 是具有相同秩的數組類型 U1[…]。
- V 是類型 V1?，U 是類型 U1?。
- V 是構造類型 C<V1…Vk> 并且 U 是構造類型 C<U1…Uk> 。
- 否則，不進行任何推斷。
3. 上限推斷
這里的上限推斷指的是對于給定的實參類型 U，找到合適的形參類型 V，使得 U.IsImplicitFrom(V)。
按如下所述從類型 U 到類型 V 進行上限推斷：
- 如果 V 是 Xi 之一，則將 U 添加到 Xi 的上限界限集中。
- 否則，如果 V 為 V1? 類型，而 U 為 U1? 類型，則從 U1 到 V1 進行上限推斷。
- 否則，如果 V 是數組類型 V1[…]，U 是具有相同秩的數組類型 U1[…]，或者 V 是一維數組類型 V1[]，U 是一個 IEnumerable<U1>、ICollection<U1> 或 IList<U1>，則從 U1 到 V1 進行上限推斷。
- 否則，如果 U 是構造類、結構、接口或委托類型 C<U1…Uk>，V 是等于、（直接或間接）繼承自或者（直接或間接）實現唯一類型 C<V1…Vk> 的類、結構、接口或委托類型（“唯一性”限制表示如果我們有 interface C<T>{} class V<Z>: C<X<Z>>, C<Y<Z>>{}，則不進行從 C<U1> 到 V<Q> 的推斷。也不進行從 U1 到 X<Q> 或 Y<Q> 的推斷。），則從每個 Ui 到對應的 Vi 進行推斷，推斷依賴于 C 的第 i 個類型參數：
- 如果該參數是協變的，則進行上限推斷。
- 如果該參數是逆變的，則進行下限推斷。
- 如果該參數是固定的，則進行精確推斷。
- 否則，不進行任何推斷。
4. 固定
固定是為了根據之前的算法得到的界限集，推斷出類型參數的合適的值。
具有界限集的類型變量 Xi 按如下方式固定：
- 候選類型集 Ui 是在 Xi 的界限集中的所有類型的集合。
- 然后我們依次檢查 Xi 的每個界限：對于 Xi 的每個精確界限 U，將與 U 不同的所有類型 Ui 都從候選集中移除（要求 U == Ui）。對于 Xi 的每個下限 U，將不存在從 U 進行的隱式轉換的所有類型 Ui 都從候選集中移除（要求 Ui.IsImplicitFrom(U)）。對于 Xi 的每個上限 U，將不存在從其到 U 進行的隱式轉換的所有類型 Ui 都從候選集中移除（要求 U.IsImplicitFrom(Ui)）。
- 如果在剩下的候選類型 Ui 中，存在唯一類型 V，該類型可由其他所有候選類型經隱式轉換而來，則將 Xi 固定到 V（也就是說，要求 V 是其中最通用的類型）。
- 否則，類型推斷將失敗。
以上就是泛型方法的類型推斷算法，其中只考慮了方法實參和方法形參一一對應的情況，如果需要處理 params T[] 參數，則需要對最后一個參數進行特殊處理，并分別使用 T 和 T[] 進行一次類型推斷。做兩次類型推斷，就是為了判斷是否是方法的展開形式的調用。
或者說，對于泛型方法定義
- void Method<T>(T a, params T[] args);
如果參數為 { typeof(int), typeof(int[]) } 和 { typeof(nt[]), typeof(int[]) }，雖然 T[] 對應的實參是相同的，但推斷出的 T 卻是不同的，這就需要利用兩次類型推斷來處理。
這個算法的實現加上注釋大概有 500 多行，這里就不再貼出，基本就是按照上面的 4 步來的，只是在一些細節上采用了更高效的做法。所有源碼可以見這里。
原文鏈接：http://www.cnblogs.com/cyjb/archive/2013/03/19/GenericArgumentsInferences.html
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