C#到C++ 转换器：代码翻译规则（第 2 部分）

在本文中，我们将探讨翻译器如何转换类成员、变量、字段、运算符和 C# 控制结构。我们还将介绍如何使用转换器支持库将 .NET Framework 类型正确转换为 C++。

班级成员

类方法直接映射到 C++。这也适用于静态方法和构造函数。在某些情况下，可能会出现额外的代码—例如，模拟对静态构造函数的调用。扩展方法和运算符被转换为静态方法并显式调用。终结器变成析构器。

C# 实例字段成为 C++ 实例字段。静态字段也保持不变，除非初始化顺序很重要—这是通过将此类字段转换为单例来实现的。

属性分为 getter 方法和 setter 方法，如果没有第二种方法，则仅分为一种方法。对于自动属性，还添加了一个私有值字段。静态属性分为静态 getter 和 setter。使用相同的逻辑处理索引器。

事件被转换为字段，其类型对应于 System::Event 所需的专门化。三种方法（add、remove和invoke）形式的翻译会更正确，而且还允许支持抽象和虚拟事件。也许将来我们会采用这样的模型，但目前 Event 类选项完全满足了我们的需求。

下面的示例说明了上述规则：

public abstract class Generic<T>
{
    private T m_value;
    public Generic(T value)
    {
        m_value = value;
    }
    ~Generic()
    {
        m_value = default(T);
    }
    public string Property { get; set; }
    public abstract int Property2 { get; }
    public T this[int index]
    {
        get
        {
            return index == 0 ? m_value : default(T);
        }
        set
        {
            if (index == 0)
                m_value = value;
            else
                throw new ArgumentException();
        }
    }
    public event Action<int, int> IntIntEvent;
}

C++ 翻译结果（无关紧要的代码已删除）：

template<typename T>
class Generic : public System::Object
{
public:
    System::String get_Property()
    {
        return pr_Property;
    }
    void set_Property(System::String value)
    {
        pr_Property = value;
    }
    
    virtual int32_t get_Property2() = 0;
    
    Generic(T value) : m_value(T())
    {
        m_value = value;
    }
    
    T idx_get(int32_t index)
    {
        return index == 0 ? m_value : System::Default<T>();
    }
    void idx_set(int32_t index, T value)
    {
        if (index == 0)
        {
            m_value = value;
        }
        else
        {
            throw System::ArgumentException();
        }
    }
    
    System::Event<void(int32_t, int32_t)> IntIntEvent;
    
    virtual ~Generic()
    {
        m_value = System::Default<T>();
    }

private:
    T m_value;
    System::String pr_Property;
};

变量和字段

常量和静态字段被转换为静态字段、静态常量（在某些情况下为constexpr），或转换为提供对单例的访问的静态方法。 C# 实例字段转换为 C++ 实例字段。任何复杂的初始值设定项都会移至构造函数，有时需要显式添加 C# 中不存在的默认构造函数。堆栈变量按原样传递。方法参数也按原样传递，只是ref和out参数都成为引用（幸运的是，禁止对它们进行重载）。

字段和变量的类型被替换为其 C++ 等效项。在大多数情况下，此类等效项是由翻译器本身从 C# 源代码生成的。库类型（包括 .NET Framework 类型和其他一些类型）由我们用 C++ 编写，是转换器支持库的一部分，随转换后的产品一起提供。var被翻译为auto，除非需要显式类型指示来消除行为差异。

此外，引用类型包装在SmartPtr中。值类型按原样替换。由于类型参数可以是值类型或引用类型，因此它们也可以按原样替换，但在实例化时，引用参数将包装在SharedPtr中。因此，List<int>被翻译为List<int32_t>，但List<Object>变为List<SmartPtr<Object>>。在某些特殊情况下，引用类型会被转换为值类型。例如，我们的System::String实现基于 ICU 中的UnicodeString类型，并针对堆栈存储进行了优化。

为了说明这一点，我们来翻译一下下面的类：

public class Variables
{
    public int m_int;
    private string m_string = new StringBuilder().Append("foobazz").ToString();
    private Regex m_regex = new Regex("foo|bar");
    public object Foo(int a, out int b)
    {
        b = a + m_int;
        return m_regex.Match(m_string);
    }
}

翻译后的形式如下（去掉了无关紧要的代码）：

class Variables : public System::Object
{
public:
    int32_t m_int;
    System::SharedPtr<System::Object> Foo(int32_t a, int32_t& b);
    Variables();
private:
    System::String m_string;
    System::SharedPtr<System::Text::RegularExpressions::Regex> m_regex;
};
System::SharedPtr<System::Object> Variables::Foo(int32_t a, int32_t& b)
{
    b = a + m_int;
    return m_regex->Match(m_string);
}
Variables::Variables()
    : m_int(0)
    , m_regex(System::MakeObject<System::Text::RegularExpressions::Regex>(u"foo|bar"))
{
    this->m_string = System::MakeObject<System::Text::StringBuilder>()->
        Append(u"foobazz")->ToString();
}

控制结构

主要控制结构的相似性正中我们下怀。诸如 if、else、switch、while、do-while、for、try-catch、return、break 和 continue 等运算符大多可以原封不动地转移。也许只有 switch 是个例外，它需要一些特殊处理。首先，C# 允许在字符串类型中使用它–在 C++ 中，我们会在这种情况下生成一个 if-else if 的序列。其次，最近增加了将校验表达式匹配到类型模板的功能–然而，这也很容易展开为if序列。

C++ 中不存在的构造很有趣。因此，using运算符保证在退出上下文时调用Dispose()方法。在 C++ 中，我们通过在堆栈上创建一个保护对象来模拟这种行为，该对象在其析构函数中调用所需的方法。然而，在此之前，有必要捕获using主体的代码抛出的异常，并将exception_ptr存储在守卫字段中一如果Dispose()没有抛出异常，我们存储的那个将被重新抛出。这只是一种罕见的情况，即从析构函数抛出异常是合理的并且不是错误。finally块根据类似的方案进行翻译，只是调用了一个 lambda 函数，而不是Dispose()方法，翻译器将其主体包装在该函数中。

另一个 C# 中没有的操作符是 foreach，我们不得不仿效它。起初，我们将其翻译成等价的 while ，调用枚举器的 MoveNext() 方法，这种方法虽然通用，但速度相当慢。由于 .NET 容器的大多数 C++ 实现都使用 STL 数据结构，因此我们尽可能使用其原始迭代器，将 foreach 转换为基于范围的 for。在无法使用原始迭代器的情况下（例如，容器是用纯 C# 实现的），我们会使用封装迭代器，它在内部与枚举器协同工作。以前，选择正确的迭代方法是使用 SFINAE 技术编写的外部函数的责任，现在我们已经接近在所有容器（包括翻译过的容器）中使用正确版本的 begin-end 方法。

运算符

与控制结构一样，大多数操作符（至少是算术、逻辑和赋值）不需要特殊处理。不过，有一点很微妙：在 C# 中，表达式各部分的运算顺序是确定的，而在 C++ 中，在某些情况下可能会出现未定义的行为。例如，下面的翻译代码在使用不同工具编译后会有不同的表现：

auto offset32 = block[i++] + block[i++] * 256 + block[i++] * 256 * 256 +
    block[i++] * 256 * 256 * 256;

幸运的是，这种问题非常罕见。我们已计划教翻译员如何处理这种情况，但由于识别具有副作用的表达式的分析工作十分复杂，目前尚未实施。

然而，即使是最简单的运算符在应用于属性时也需要特殊处理。如上所示，属性分为 getter 和 setter，翻译器必须根据上下文插入必要的调用：

obj1.Property = obj2.Property;
string s = GetObj().Property += "suffix";

obj1->set_Property(obj2->get_Property());
System::String s = System::setter_add_wrap(static_cast<MyClass*>(GetObj().GetPointer()),
    &MyClass::get_Property, &MyClass::set_Property, u"suffix")

在第一行中，替换是微不足道的。在第二行中，有必要使用 setter_add_wrap 封装器，以确保只调用一次 GetObj() 函数，并且将调用 get_Property() 的结果和字符串文字连接起来，不仅传递给 set_Property() 方法（该方法返回 void），而且进一步用于表达式中。访问索引器时也采用同样的方法。

C++ 中没有的 C# 操作符：as、is、typeof、default、??、?. 等，将使用翻译支持库函数来模拟。在需要避免重复评估参数的情况下，例如，为了不将 GetObj()?.Invoke() 展开为 GetObj() ? GetObj().Invoke() : nullptr，会使用与上图类似的方法。

成员访问操作符 (.)可以根据上下文用 C++ 中的等效操作符替换：作用域解析操作符 (::) 或 “箭头” (->)。访问结构成员时不需要这种替换。

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