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：

class ExternalSorting
{
  void Merge(string inputFileName1, string inputFileName2, string outputFileName)
  {
    using (var reader1 = new StreamReader(inputFileName1))
    {
      using (var reader2 = new StreamReader(inputFileName2))
      {
        using (var writer = new StreamWriter(outputFileName))
        {
          Merge(reader1, reader2, writer);
        }
      }
    }
  }

  void Merge(TextReader reader1, TextReader reader2, TextWriter writer)
  {
    var s1 = reader1.ReadLine();
    var s2 = reader2.ReadLine();
    while (s1 != null || s2 != null)
    {
      if (Compare(s1, s2) <= 0) StepIt(ref s1, reader1, writer);
      else StepIt(ref s2, reader2, writer);
    }
  }

  int Compare(string s1, string s2)
  {
    if (s1 == null && s2 == null) throw new ArgumentException("s1 和 s2 不能同时为 null");
    if (s1 == null) return 1;
    if (s2 == null) return -1;
    return string.Compare(s1, s2);
  }

  void StepIt(ref string s, TextReader reader, TextWriter writer)
  {
    writer.WriteLine(s);
    s = reader.ReadLine();
  }
}

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：

using (TextReader reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
                  reader2 = new StreamReader(inputFileName2))
{
  using (TextWriter writer = new StreamWriter(outputFileName))
  {
    Merge(reader1, reader2, writer);
  }
}

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：

TextReader reader1 = null;
TextReader reader2 = null;
TextWriter writer = null;
try
{
  reader1 = new StreamReader(inputFileName1);
  reader2 = new StreamReader(inputFileName2);
  writer = new StreamWriter(outputFileName);
  Merge(reader1, reader2, writer);
}
finally
{
  if (reader1 != null) reader1.Dispose();
  if (reader2 != null) reader2.Dispose();
  if (writer != null) writer.Dispose();
}

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：

using (IDisposable reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
                   reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
                   writer = new StreamWriter(outputFileName))
{
  Merge(reader1 as TextReader, reader2 as TextReader, writer as TextWriter);
}

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：

using (TextReader reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
       TextReader reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
       TextWriter writer = new StreamWriter(outputFileName))
{
  Merge(reader1, reader2, writer);
}

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：

using (var reader1 = new StreamReader(inputFileName1),
           reader2 = new StreamReader(inputFileName2),
           writer = new StreamWriter(outputFileName))
{
  Merge(reader1, reader2, writer);
}

非常遗憾，还是无法通过编译。这次的错误信息如下：