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解析“60k”大佬的19道C#面试题(上)
先略看题目:
- 请简述
async
函数的编译方式 - 请简述
Task
状态机的实现和工作机制 - 请简述
await
的作用和原理,并说明和GetResult()
有什么区别 Task
和Thread
有区别吗?如果有请简述区别- 简述
yield
的作用 - 利用
IEnumerable<T>
实现斐波那契数列生成 - 简述
stackless coroutine
和stackful coroutine
的区别,并指出C#
的coroutine
是哪一种 - 请简述
SelectMany
的作用 - 请实现一个函数
Compose
用于将多个函数复合 - 实现
Maybe<T>
monad
,并利用LINQ
实现对Nothing
(空值)和Just
(有值)的求和 - 简述
LINQ
的lazy computation
机制 - 利用
SelectMany
实现两个数组中元素的两两相加 - 请为三元函数实现柯里化
- 请简述
refstruct
的作用 - 请简述
refreturn
的使用方法 - 请利用
foreach
和ref
为一个数组中的每个元素加1
- 请简述
ref
、out
和in
在用作函数参数修饰符时的区别 - 请简述非
sealed
类的IDisposable
实现方法 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 ProgrammingLanguages
( 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 ContinuationPassingStyle
,在 .NET
中,它会自动编译为:
- 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; - 将所有的
await
展开成一个状态号,有几个await
就有几个状态号; - 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; 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 .NET4.5
,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)
{
if (n >= 1) yield return 1;
int a = 1, b = 0;
for (int i = 2; i <= n; ++i)
{
int t = b;
b = a;
a += t;
yield return a;
}
}
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 toObjects
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.NETCore
那样的超高性能网络服务器、中间件,或者 Unity3D
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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原文出处:微信公众号【周杰DotNet DotNet骚操作】
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