论如何在C++/CLI中使用LINQ：记一次奇妙的C++大作业

“救我，你一定要救我啊！” 我的同学对我如是说
“¿”
“C++要考试了！我整不来啊，我感觉挺简单的题”
“......”
“请你吃顿饭”
“彳亍”

然后我就收到了这么两道题目：

准备

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生成 20 个可被 2 或 5 整除，介于 1 至 100 之间的无重复随机数

Write a program (in C++) that generates and calculates 20 different random numbers that can be divided by 2 or 5. Random numbers must be generated from 1 to 200,the same number cannot be included in the array! The random number generation should be written in a function, i.e. the return value of the function should be an array!

随机产生 50 个人的工资表，并列出平均、最高低工资

Given a list in which the wages of 50 people are stored (in EUR). Write a program (in C++) that determines what the average wage is, who has the highest wage, who has the lowest wage, and who has the wages below average.

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乍一看感觉这题确实就是初学者的题目，不过如果我使用普通的方法完成这题
就不能称之为 “奇妙” 的大作业了，所以在犹豫一阵后我决定，使用 C++/CLI 来完成
顺带再期待一下老师如果看到一堆 CLI 代码会作何反应（

什么是 C++/CLI

C++/CLI 是 C++ 的扩展，让我们可以同时享受 C# 和 C++ 的特性，是微软的
就我个人而言，如果能用 C++/CLI 的话那我绝对不会用传统的 C++
而且这玩意据我了解在中国没多少人用，或者说老外也不怎么用
因为这玩意不上不下的，说实话 C# 的 unsafe 已经足够了

而且就目前为止，它仍然不能跨平台，Core 以后也无法生成独立程序了 寄

There isn’t currently a template for C++/CLI console or Windows applications that can be used with .NET Core.
Instead you must put application entry point outside of the C++/CLI code.

所以作业是用 .NET Framework，不过本文使用 .NET Core
所以查个资料，学习起来着实有点费力，以后有空可以专门讲讲

在撰写这篇文章时我目前心目中的优先级：
C# > Go > Rust > C++/CLI > TS > Java > Python > JS > C++ > C
一天到晚只想用托管类语言的我已经是个废物了

话费不多的请直接跳到文章最后看结果
接下来我会一点点讲述我的心路历程

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做题

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准备项目

• 用 VS 2022 创建一个新的 C# .NET Core 解决方案
• 在解决方案中添加一个 C++/CLI .NET Core 类库项目

这里如果使用空白项目的话需要自己配置很多东西
而且微软对 C++/CLI 的支持是越来越不好了
注意：CLI 项目更改以后需要生成一下才能在 C# 中看到变化

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Func: GetRandoms

首先我们来实现生成随机数的函数
既然两个题目都要求了随机数的产生
那么我们就专门做一个函数出来复用

尽可能多的复用我认为是一件非常好的习惯
无论是在写代码，还是在生活中

函数定义

using namespace System;
using namespace Collections::Generic;

namespace Aloento::CLILinq {
  public ref class CLILinq {
  public:
    static List<int>^ GetRandoms(int min, int max, int num) {
      return nullptr;
    }
};

这就是我的格式习惯，一股子 Java 味
让我们来分析一下这个代码

• 这是在一个 .h 头文件里面的代码
• 声明函数的写法就是传统的 C++
• namespace 和 using 都和 C# 一样，只不过把 . 变成 ::
• public 是为了让 C# 可以访问
• ref 表明这是一个托管类
• static 在我这里是 Helper 的统一写法
• List<int>^ 返回一个 托管的 ^ List<int> 类型

托管类型都是从 C# 来的
用 C++/CLI 托管的代码可以无缝在 C# 中使用，反之亦然

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基本功能

static List<int>^ GetRandoms(int min, int max, int num) {
  auto random = Random::Shared;
  auto res = gcnew List<int>(num);

  for (auto i = 0; i < num;) {
    auto r = random->Next(min, max);
    if (!res->Contains(r) && (r % 2 == 0 || r % 5 == 0)) {
      i++;
      res->Add(r);
    }
  }

  return res;
}

• Random::Shared 说明了我们现在在使用 .NET Core
• gcnew 表明了我们要生成一个 托管的 对象
• if 语句用来排除重复的随机数，并且确保是 2 和 5 的倍数
• i++ 表明我们已经得到了目标，所以我们要让 i 加一，不可以让 for 语句来完成

至此，有一些编程基础的都应该轻松看懂
除了一些 CLI 的独特语法以外，其余的和传统 C++ / C# 并无太大区别

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数据验证

我们写代码的时候还是不要过于相信用户会按照你的想法来使用它
毕竟 一个测试工程师走进一家酒吧，啥也没干酒吧就炸了

所以我们简单的加一句：

if (max / 2 + max / 5 - (min / 2 + min / 5) < num)
  throw gcnew ArgumentOutOfRangeException();

这里我没有写具体的说明，不过正式写代码的时候，报错一定要写清楚原因

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完全体

#pragma once
using namespace System;
using namespace Collections::Generic;

namespace Aloento::CLILinq {
  public ref class CLILinq sealed {
  public:
    static List<int>^ GetRandoms(const int min, const int max, const int num) {
      if (max / 2 + max / 5 - (min / 2 + min / 5) < num) {
        throw gcnew ArgumentOutOfRangeException();
      }

      auto random = Random::Shared;
      auto res = gcnew List<int>(num);

      for (auto i = 0; i < num;) {
        auto r = random->Next(min, max);
        if (!res->Contains(r) && (r % 2 == 0 || r % 5 == 0)) {
          i++;
          res->Add(r);
        }
      }

      return res;
    }
  };
}

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Func: GetWagesList

我是把两道题一起做的，所以在这个 CLILinq 类里应该还有第二题的方法
这个方法用来产生一些随机的 Name:Wages 键值对
由于时间关系，我们这里生成的名字就直接按 ASCII 取了

static Dictionary<Char, double>^ GetWagesList() {
  auto random = Random::Shared;
  auto dictionary = gcnew Dictionary<Char, double>();
  Char c = 65;

  for (auto i = 0; i < 50; i++) {
    auto wage = random->NextDouble() * 1000;
    dictionary->Add(c++, wage);
  }

  return dictionary;
}

因为比较简单，所以直接上代码
这里不用 char 而是 Char，这样可以直接被 C# 转字符串，方便输出

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调用：第一题

第一题的调用比较无脑，直接用就行了

static void Invoke() {
  auto randomList = GetRandoms(1, 200, 20);
  for each (auto num in randomList) {
    Console::WriteLine(num);
  }
}

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LINQ：第二题

第二题的实际逻辑就在这里
也是 LINQ 出场的地方 （原谅我前面瞎扯了那么多）

我们先看实现代码

static void Invoke() {
  auto wageDic = GetWagesList();
  auto v = wageDic->Values;

  double sum = 0;
  for each (auto num in v) {
    sum += num;
  }
  auto avg = sum / 50;

  auto c = System::Globalization::CultureInfo::CultureInfo::CreateSpecificCulture("eu-ES");
  Console::WriteLine("Average: " + avg.ToString("C", c) + "\n");

  auto ordered = Enumerable::OrderBy(wageDic, gcnew Func<KeyValuePair<Char, double>, double>(Select));
  for each (auto one in ordered) {
    Console::WriteLine(one.Key + ": " + one.Value.ToString("C", c));
  }
}

for each (auto num in v) 这部分其实就是 Enumerable.Aggregate 的简单实现
毕竟要交作业，不能写的那么高级 （其实是嫌麻烦）

CultureInfo 就是设置个格式化区域，这里转成欧洲的货币格式
avg.ToString("C", c) 就是把 avg 转成 Currency

LINQ

接下来就是 Enumerable.OrderBy 的实现
为了搞懂如何传入这个方法需要的参数，我搞了一个多小时到处找资料和 debug…

由于 C++ 11 之前就没有 lambda 表达式，后面有了也非常奇怪
所以 LINQ 压根就没有提供类似的调用方式
所以我们必须使用 gcnew Func() 的方式传递一个委托

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首先，我们必须清楚 Func 的泛型类型到底是什么
C++/CLI 在这里 IDE 是完全没有代码提示的，所以我们需要自行分析
最好的方式就是在 C# 里面写同样的代码，然后看它们的类型

在这里，Dictionary<Char, double> 的单个元素的类型是 KeyValuePair<Char, double>
所以很显然我们需要 Func<KeyValuePair<Char, double>, double>
现在我们就有了它的类型，然后我们需要实现这个委托

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这个委托是一个选择器，它的作用是从类型中选择出一个对象来作为排序的依据
在我们这里，就是要从 KeyValuePair 中把 Value 选出来

随后就有了以下代码

static double Select(KeyValuePair<Char, double> a) {
  return a.Value;
}

非常简单，在特定情况下，你也可以尝试直接内联它
之后的事情就非常简单了，该调用调用，该输出输出

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实际上

先贴一堆代码，可以粗略看看

namespace Aloento.SCLILinq;
using System.Globalization;

public sealed class SCLILinq {
    public static List<int> GetRandoms(int min, int max, int num) {
        Random random = null;
        List<int> list = null;
        if (max / 2 + max / 5 - (min / 2 + min / 5) < num) {
            throw new ArgumentOutOfRangeException();
        }

        random = Random.Shared;
        list = new List<int>(num);
        int num2 = 0;
        while (num2 < num) {
            int num3 = random.Next(min, max);
            if (!list.Contains(num3) && (num3 % 2 == 0 || num3 % 5 == 0)) {
                num2++;
                list.Add(num3);
            }
        }

        return list;
    }

    public static Dictionary<char, double> GetWagesList() {
        Random random = null;
        Dictionary<char, double> dictionary = null;
        random = Random.Shared;
        dictionary = new Dictionary<char, double>();
        char c = 'A';
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            double value = random.NextDouble() * 1000.0;
            char key = c;
            c = (char)(c + 1);
            dictionary.Add(key, value);
        }

        return dictionary;
    }

    public static double Select(KeyValuePair<char, double> a) {
        return a.Value;
    }

    public static void Invoke() {
        List<int> list = null;
        Dictionary<char, double> dictionary = null;
        Dictionary<char, double>.ValueCollection valueCollection = null;
        CultureInfo cultureInfo = null;
        IOrderedEnumerable<KeyValuePair<char, double>> orderedEnumerable = null;
        IEnumerator<KeyValuePair<char, double>> enumerator = null;
        list = GetRandoms(1, 200, 20);
        List<int>.Enumerator enumerator2 = list.GetEnumerator();
        while (enumerator2.MoveNext()) {
            int current = enumerator2.Current;
            Console.WriteLine(current);
        }

        Console.WriteLine("\n-------------------------------\n");
        dictionary = GetWagesList();
        valueCollection = dictionary.Values;
        double num = 0.0;
        Dictionary<char, double>.ValueCollection.Enumerator enumerator3 = valueCollection.GetEnumerator();
        while (enumerator3.MoveNext()) {
            double current2 = enumerator3.Current;
            num += current2;
        }

        double num2 = num / 50.0;
        cultureInfo = CultureInfo.CreateSpecificCulture("eu-ES");
        string str = "\n";
        double num3 = num2;
        string str2 = num3.ToString("C", cultureInfo);
        Console.WriteLine(string.Concat("Average: " + str2, str));
        orderedEnumerable = Enumerable.OrderBy(dictionary, new Func<KeyValuePair<char, double>, double>(Select));
        enumerator = orderedEnumerable.GetEnumerator();
        try {
            while (enumerator.MoveNext()) {
                KeyValuePair<char, double> current3 = enumerator.Current;
                double value = current3.Value;
                string format = "C";
                string str3 = value.ToString(format, cultureInfo);
                string arg = ": ";
                Console.WriteLine(string.Concat(current3.Key + arg, str3));
            }
        } finally {
            IEnumerator<KeyValuePair<char, double>> enumerator4 = enumerator;
            if (enumerator4 != null) {
                enumerator4.Dispose();
                long num4 = 0L;
            } else {
                long num4 = 0L;
            }
        }
    }
}

这是直接对 C++/CLI 生成的库反编译的结果
我们可以发现，这就相当于是写了一堆 C# 而已
如果带指针之类的，就是 unsafe
所以：没必要，别用 C++/CLI

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适用范围

• 如果你想 Wrapper 一个 C / C++ 的库给 C# 用
• 如果你想让 .NET 与其他语言一起工作
• 让 C++ 享受 .NET 的生态
• 如果你闲得慌想找点事情干

在大部分情况下，C++/CLI 的存在
都是为了高效的让 C# 与 C / C++ 交互而使用
使用它可以让你的 .NET 项目享受到 C++ 全套的生态，反之亦然
毕竟 P/Invoke 并不优雅

在托管类语言中，C++/CLI 在一定程度上
让 C# 成了最容易与 C / C++ 交互的语言
进而让它也更容易与能够和 C / C++ 交互的语言交互

使用它，你需要同时掌握 C# 和 C++
而且在很多时候，IDE 不会给你有效的提示
所以学习它需要很多时间来尝试

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结论

using namespace System;
using namespace Linq;
using namespace Collections::Generic;

namespace Aloento::CLILinq {
  public ref class CLILinq sealed {
  public:
    static List<int>^ GetRandoms(const int min, const int max, const int num) {
      if (max / 2 + max / 5 - (min / 2 + min / 5) < num) {
        throw gcnew ArgumentOutOfRangeException();
      }

      auto random = Random::Shared;
      auto res = gcnew List<int>(num);

      for (auto i = 0; i < num;) {
        auto r = random->Next(min, max);
        if (!res->Contains(r) && (r % 2 == 0 || r % 5 == 0)) {
          i++;
          res->Add(r);
        }
      }

      return res;
    }

    static Dictionary<Char, double>^ GetWagesList() {
      auto random = Random::Shared;
      auto dictionary = gcnew Dictionary<Char, double>();
      Char c = 65;

      for (auto i = 0; i < 50; i++) {
        auto wage = random->NextDouble() * 1000;
        dictionary->Add(c++, wage);
      }

      return dictionary;
    }

    static double Select(KeyValuePair<Char, double> a) {
      return a.Value;
    }

    static void Invoke() {
      auto randomList = GetRandoms(1, 200, 20);
      for each (auto num in randomList) {
        Console::WriteLine(num);
      }

      Console::WriteLine("\n-------------------------------\n");

      auto wageDic = GetWagesList();
      auto v = wageDic->Values;

      double sum = 0;
      for each (auto num in v) {
        sum += num;
      }
      auto avg = sum / 50;

      auto c = System::Globalization::CultureInfo::CultureInfo::CreateSpecificCulture("eu-ES");
      Console::WriteLine("Average: " + avg.ToString("C", c) + "\n");

      auto ordered = Enumerable::OrderBy(wageDic, gcnew Func<KeyValuePair<Char, double>, double>(Select));
      for each (auto one in ordered) {
        Console::WriteLine(one.Key + ": " + one.Value.ToString("C", c));
      }
    }
  };
}

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