c# 自定义值类型一定不要忘了重写Equals，否则性能和空间双双堪忧

一：背景

1. 讲故事

曾今在项目中发现有同事自定义结构体的时候，居然没有重写Equals方法，比如下面这段代码：

  static void Main(string[] args)
  {
    var list = Enumerable.Range(0, 1000).Select(m => new Point(m, m)).ToList();
    var item = list.FirstOrDefault(m => m.Equals(new Point(int.MaxValue, int.MaxValue)));
    Console.ReadLine();
  }

  public struct Point
  {
    public int x;
    public int y;

    public Point(int x, int y)
    {
      this.x = x;
      this.y = y;
    }
  }

这代码貌似也没啥什么问题，好像大家平时也是这么写，没关系，有没有问题，跑一下再用windbg看一下。

0:000> !dumpheap -stat
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ff8826fba20 10 16592 ConsoleApp6.Point[]
00007ff8e0055e70 6 35448 System.Object[]
00007ff8826f5b50 2000 48000 ConsoleApp6.Point

0:000> !dumpheap -mt 00007ff8826f5b50
Address MT Size
0000020d00006fe0 00007ff8826f5b50 24

0:000> !do 0000020d00006fe0
Name: ConsoleApp6.Point
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
00007ff8e00585a0 4000001 8 System.Int32 1 instance 0 x
00007ff8e00585a0 4000002 c System.Int32 1 instance 0 y

从上面的输出不知道你看出问题了没有？ 托管堆上居然有2000个Point，而且还可以用 !do 打出来，说明这些都是引用类型。。。这些引用类型哪里来的？ 看代码应该是 equals 比较时产生的，一次比较就有2个point被装箱放到托管堆上，这下惨了，，，而且大家应该知道引用对象本身还有(8+8) byte 自带开销，这在时间和空间上都是巨大的浪费呀。。。

二: 探究默认的Equals实现

1. 寻找ValueType的Equals实现

为什么会这样呢？ 我们知道equals是继承自ValueType的，所以把 ValueType 翻出来看看便知：

  public abstract class ValueType
  {
    public override bool Equals(object obj)
    {
      if (CanCompareBits(this)) {return FastEqualsCheck(this, obj);}
      FieldInfo[] fields = runtimeType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);
      for (int i = 0; i < fields.Length; i++)
      {
        object obj2 = ((RtFieldInfo)fields[i]).UnsafeGetValue(this);
        object obj3 = ((RtFieldInfo)fields[i]).UnsafeGetValue(obj);
        ...
      }
      return true;
    }
  }

从上面代码中可以看出有如下三点信息：

<1> 通用的 equals 方法接收object类型，参数装箱一次。

<2> CanCompareBits,FastEqualsCheck 都是采用object类型，this也需要装箱一次。

<3> 有两种比较方式，要么采用 FastEqualsCheck 比较，要么采用反射比较，我去.... 反射就玩大了。

综合来看确实没毛病， equals 会把比较的两个对象都进行装箱。

2. 改进方案

问题找到了，解决起来就简单了，不走这个通用的 equals 不就行啦，我自定义一个equals方法，然后跑一下代码。

    public bool Equals(Point other)
    {
      return this.x == other.x && this.y == other.y;
    }

可以看到走了我的自定义的Equals，🐮👃。 貌似问题就这样简单粗暴的解决了，真开心，打脸时刻开始。。。

三：真的解决问题了吗？

1. 遇到问题

很多时候我们会定义各种泛型类，在泛型操作中通常会涉及到T之间的 equals, 比如下面我设计的一段代码，为了方便,我把Point的默认Equals也重写一下。

  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {

      var p1 = new Point(1, 1);
      var p2 = new Point(1, 1);

      TProxy<Point> proxy = new TProxy<Point>() { Instance = p1 };

      Console.WriteLine($"p1==p2 {proxy.IsEquals(p2)}");
      Console.ReadLine();
    }
  }

  public struct Point
  {
    public int x;
    public int y;

    public Point(int x, int y)
    {
      this.x = x;
      this.y = y;
    }

    public override bool Equals(object obj)
    {
      Console.WriteLine("我是通用的Equals");
      return base.Equals(obj);
    }

    public bool Equals(Point other)
    {
      Console.WriteLine("我是自定义的Equals");
      return this.x == other.x && this.y == other.y;
    }
  }

  public class TProxy<T>
  {
    public T Instance { get; set; }

    public bool IsEquals(T obj)
    {
      var b = Instance.Equals(obj);

      return b;
    }
  }

从输出结果看，还是走了通用的equals方法，这就尴尬了，为什么会这样呢？

2. 从FCL的值类型实现上寻找问题

有时候苦思冥想找不出问题，突然灵光一现，FCL中不也有一些自定义值类型吗？ 比如 int,long,decimal，何不看它们是怎么实现的，寻找寻找灵感, 对吧。。。说干就干，把 int32 源码翻出来。

public struct Int32 : IComparable, IFormattable, IConvertible, IComparable<int>, IEquatable<int>
{
 	public override bool Equals(object obj)
	{
		if (!(obj is int))
		{
			return false;
		}
		return this == (int)obj;
	}

  public bool Equals(int obj)
	{
		return this == obj;
	}
}

我去，还是int🐮👃，貌似我的Point就比int少了接口实现，问题应该就出在这里，而且最后一个泛型接口IEquatable<int>特别显眼，看下定义：

public interface IEquatable<T>
{
	bool Equals(T other);
}

这个泛型接口也仅仅只有一个equals方法，不过灵感告诉我，貌似。。。也许。。。应该。。。就是这个泛型的equals是用来解决泛型情况下的equals比较。

3. 补上 IEquatable 接口

有了这个思路，我也跟FCL学，让Point实现 IEquatable<T>接口,然后在TProxy<T>代理类中约束下必须实现IEquatable<T>，修改代码如下：

  public struct Point : IEquatable<Point> { ... }
  public class TProxy<T> where T: IEquatable<T> { ... }

然后将程序跑起来，如下图：

🐮👃，虽然是成功了，但有一个地方让我不是很舒服，就是上面的第二行代码，在 TProxy<T> 处约束了T，因为我翻看List的实现也没做这样的泛型约束呀，可能有点强迫症吧，贴一下代码给大家看看。

public class List<T> : IList<T>, ICollection<T>, IEnumerable<T>, IEnumerable, IList, ICollection, IReadOnlyList<T>, IReadOnlyCollection<T>
{}

然后我继续模仿List，把 TProxy<T> 上的T约束去掉，结果就出问题了，又回到了 通用Equals。

4. 从List的Contains源码中寻找答案

好奇心再次驱使我寻找List中是如何做到的，为了能看到List中原生方法，修改代码如下，从Contains方法入手。

  var list = Enumerable.Range(0, 1000).Select(m => new Point(m, m)).ToList();
  var item = list.Contains(new Point(int.MaxValue, int.MaxValue));

---------- outout ---------------
我是自定义的Equals
我是自定义的Equals
我是自定义的Equals
...

我也是太好奇了，翻看下 Contains 的源码，简化后实现如下。

public bool Contains(T item)
{
  ...
	EqualityComparer<T> @default = EqualityComparer<T>.Default;
	for (int j = 0; j < _size; j++)
	{
		if (@default.Equals(_items[j], item)) {return true;}
	}
	return false;
}

原来List是在进行 equals比较之前，自己构建了一个泛型比较器EqualityComparer<T>，🐮👃，然后继续追一下代码。

因为这里的runtimeType实现了IEquatable<T>接口，所以代码返回了一个泛型比较器：GenericEqualityComparer<T>，然后我们继续查看这个泛型比较器是咋样的。

从图中可以看到最终还是对T进行了IEquatable<T>约束，不过这里给提取出来了，还是挺厉害的，然后我也学的模仿一下：

可以看到也走了我的自定义实现，两种方式大家都可以用哈😁😁😁。

最后要注意一点的是，当你重写了Equals之后，编译器会告知你最好也把 GetHashCode重写一下，只是建议，如果看不惯这个提示，尽可能自定义GetHashCode方法让hashcode分布的均匀一点。

四：总结

一定要实现自定义值类型的 Equals方法，人家的 Equals方法是用来兜底的，一次比较两次装箱，对你的程序可是双杀哦😁😁😁。

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