简化 C#的不可变对象图

在 C#中创建一个简单的不可变类很容易，开发者只需要创建一个构造函数且不创建公共 setter。但这往往还不够。最终开发者或许会想要创建深层图，考虑到效率原因，应该通过建造者（builder）创建它。或者也许开发者想要创建一些方法，返回包含已变更字段的该对象的复本（如 DateTime 的 AddMinutes 方法），以此来实现非破坏性更新。构建全部这些建造者和方法非常冗长乏味，因此也容易出错。

Andrew L Arnott 提出了一个解决方案，它依靠基于 T4 的代码生成器。T4 代表“文本模版转换工具包”，Text Template Transformation Toolkit。它处于 Visual Studio 代码生成功能的核心位置，诸如实体框架等库都依赖它。Andrew 的 T4 脚本接收一个可变类并创建一个不可变的版本。

该工具包做出了一个略有争议的决定，即不生成公共构造器。相反，他期望开发者使用静态的 Create 方法，或是从 Default 实例开始然后修改它。这通过使用 WithXxx 方法实现，每个属性都有一个对应的方法。

不过，我们可以做更多的改进。对拥有许多属性的类，如果我们需要一次改变若干属性，那么在每个属性变更时都分配一个新对象作为中间步骤，将是一种浪费并且会增加 GC 的压力。因此我们还添加了一个 With 方法，为每个出现在类中的属性接收可选参数，从而支持属性的批量变更。最后，对于需要对对象进行多处变更，却又希望通过多个步骤实现（或者只是倾向于使用属性 setter 而不是调用 With- 方法）的场景，我们可以创建一个 Builder 类，它在构建过程中使用可变的类 ，并且将在完成后返回一个不可变复本。这一模式与.Net Framework 中的 String 和 StringBuilder 非常类似，也与之前提到过的最新不可变集合相似。

当然，如果开发者不喜欢这些决定，也可以很容易地修改 T4 模版。Andrew 故意将模版分解成更小的文件，从而让修改变得更容易。开发者还可以添加自己的扩展而无需对基础模版进行重大改变。

与所有良好编写的代码生成器相似，这里也大量使用了分部方法。分部方法允许开发者向代码生成器生成的方法中添加额外的逻辑，而不必修改生成的文件。例如，开发者可以实现一个类来为不可变对象设定部分默认值。未实现的分部方法将被编译器自动剥离出来，因此不会导致运行时开销。

开发者如果希望进一步了解 Arron 的实验，可以在他的博客中阅读关于不可变对象图的文章。

查看英文原文： Making Immutable Object Graphs Easier in C#

感谢姚琪琳对本文的审校。

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