ダウンキャストの適切な使用とは何ですか？

ダウンキャストとは、基本クラス（またはインターフェイス）からサブクラスまたはリーフクラスにキャストすることです。

ダウンキャストの例は、System.Object他のタイプにキャストする場合です。

ダウンキャストは人気がありませんが、コードの匂いかもしれません。例えば、オブジェクト指向の教義は、ダウンキャストの代わりに仮想メソッドまたは抽象メソッドを定義して呼び出すことを好むことです。

• ダウンキャストの適切で適切なユースケースは、もしあれば、何ですか？つまり、ダウンキャストするコードを書くことが適切なのはどのような状況ですか？
• 答えが「なし」である場合、ダウンキャストが言語でサポートされているのはなぜですか？

ダウンキャスティングの適切な使用法を次に示します。

対応する問題を解決する他の合理的な方法はないと考えているため、ダウンキャストの使用は間違いなくコードの匂いだと言う他の人々に敬意を持って反対します。

Equals：

class A
{
    // Nothing here, but if you're a C++ programmer who dislikes object.Equals(object),
    // pretend it's not there and we have abstract bool A.Equals(A) instead.
}
class B : A
{
    private int x;
    public override bool Equals(object other)
    {
        var casted = other as B;  // cautious downcast (dynamic_cast in C++)
        return casted != null && this.x == casted.x;
    }
}

Clone：

class A : ICloneable
{
    // Again, if you dislike ICloneable, that's not the point.
    // Just ignore that and pretend this method returns type A instead of object.
    public virtual object Clone()
    {
        return this.MemberwiseClone();  // some sane default behavior, whatever
    }
}
class B : A
{
    private int[] x;
    public override object Clone()
    {
        var copy = (B)base.Clone();  // known downcast (static_cast in C++)
        copy.x = (int[])this.x.Clone();  // oh hey, another downcast!!
        return copy;
    }
}

Stream.EndRead/Write：

class MyStream : Stream
{
    private class AsyncResult : IAsyncResult
    {
        // ...
    }
    public override int EndRead(IAsyncResult other)
    {
        return Blah((AsyncResult)other);  // another downcast (likely ~static_cast)
    }
}

これらがコードのにおいであると言うのであれば、それらに対してより良い解決策を提供する必要があります（それらが不便のために避けられたとしても）。より良いソリューションが存在するとは思わない。

ダウンキャスティングは人気がなく、コードの匂いかもしれません

同意しません。ダウンキャスティングは非常に人気があります。膨大な数の現実世界のプログラムには、1つ以上のダウンキャストが含まれています。そして、それはおそらくコードの匂いではありません。それは間違いなくコードの匂いです。 そのため、プログラムのテキストでマニフェストをダウンキャストする必要があります。これにより、匂いに簡単に気づき、コードレビューに注意を払うことができます。

どのような状況で、ダウンキャストするコードを書くことが適切ですか？

どんな状況でも：

• 式のコンパイル時の型よりも具体的な式の実行時の型に関する事実について100％正しい知識を持っている。
• コンパイル時の型では使用できないオブジェクトの機能を使用するには、その事実を利用する必要があります。
• プログラムをリファクタリングして最初の2つのポイントのいずれかを排除するよりも、キャストを作成する方が時間と労力を有効に活用できます。

コンパイラがランタイムタイプを推測できるようにプログラムを安価にリファクタリングできる場合、またはより派生したタイプの機能を必要としないようにプログラムをリファクタリングする場合は、そうします。ダウンキャストは、プログラムをリファクタリングするのが困難で費用がかかる状況のために言語に追加されました。

ダウンキャストが言語でサポートされているのはなぜですか？

C＃は、やるべき仕事がある実用的なプログラマーのために、やるべき仕事がある実用的なプログラマーによって発明されました。C＃デザイナーはオブジェクト指向の純粋主義者ではありません。また、C＃型システムは完全ではありません。設計上、変数のランタイム型に課せられる制限を過小評価しています。

また、ダウンキャストはC＃では非常に安全です。ダウンキャストは実行時に検証され、検証できない場合はプログラムが正しいことを実行してクラッシュすることを強力に保証しています。これは素晴らしい; 型のセマンティクスに対する100％の正しい理解が99.99％であることが判明した場合、プログラムは予測不可能な振る舞いやユーザーデータの0.01％の破損ではなく、99.99％の時間動作し、残りの時間をクラッシュさせます。 。

演習：明示的なキャスト演算子を使用せずにC＃でダウンキャストを生成する方法が少なくとも1つあります。そのようなシナリオを考えることができますか？これらは潜在的なコードの匂いでもあるため、コードにマニフェストをキャストせずにダウンキャストクラッシュを引き起こす可能性のある機能の設計にどのような設計要素が組み込まれたと思いますか？

通常、イベントハンドラには署名がありますMethodName(object sender, EventArgs e)。場合によってsenderは、タイプを考慮せずに、またはsenderまったく使用しなくてもsenderイベントを処理できますが、イベントを処理するには、より具体的なタイプにキャストする必要があります。

たとえば、2つTextBoxのsがあり、それぞれからのイベントを処理するために単一のデリゲートを使用する場合があります。次に、イベントを処理するために必要なプロパティにアクセスできるようsenderに、にキャストする必要がありますTextBox。

private void TextBox_TextChanged(object sender, EventArgs e)
{
   TextBox box = (TextBox)sender;
   box.BackColor = string.IsNullOrEmpty(box.Text) ? Color.Red : Color.White;
}

はい、この例TextBoxでは、内部でこれを行った独自のサブクラスを作成できます。ただし、常に実用的または可能というわけではありません。

何かがあなたにスーパータイプを与え、サブタイプに応じて異なる方法でそれを処理する必要がある場合、ダウンキャストが必要です。

decimal value;
Donation d = user.getDonation();
if (d is CashDonation) {
     value = ((CashDonation)d).getValue();
}
if (d is ItemDonation) {
     value = itemValueEstimator.estimateValueOf(((ItemDonation)d).getItem());
}
System.out.println("Thank you for your generous donation of $" + value);

いいえ、これは臭いがしません。完全な世界でDonationは、抽象メソッドがgetValueあり、各実装サブタイプには適切な実装があります。

しかし、これらのクラスがライブラリからのものである場合、変更できない、または変更したくない場合はどうでしょうか？その後、他のオプションはありません。

コメントできないので、エリック・リッパートの答えに追加するには...

多くの場合、APIをリファクタリングしてジェネリックを使用することで、ダウンキャストを回避できます。しかし、ジェネリックはバージョン2.0まで言語に追加されませんでした。したがって、独自のコードで古代言語バージョンをサポートする必要がない場合でも、パラメータ化されていないレガシークラスを使用していることに気付くかもしれません。たとえば、一部のクラスはtypeのペイロードを運ぶように定義されている場合がObjectあります。これは、実際にあるとわかっている型にキャストする必要があります。

静的言語と動的型付け言語の間にはトレードオフがあります。静的型付けは、コンパイラーに多くの情報を与えて、プログラム（の一部）の安全性についてかなり強力な保証を行えるようにします。ただし、これにはコストがかかります。プログラムが正しいことを知る必要があるだけでなく、適切なコードを記述して、コンパイラにこれが事実であることを納得させる必要があるからです。言い換えれば、主張することは証明するよりも簡単です。

コンパイラに対して証明されていないアサーションを作成するのに役立つ「安全でない」構成要素があります。たとえばNullable.Value、、無条件のダウンキャスト、dynamicオブジェクトなどへの無条件呼び出し。これらを使用すると、証明する必要なく、クレームをアサートできます（「オブジェクトaがString間違っている場合、オブジェクトをアサートしますInvalidCastException」）。これは、証明するのが価値があるよりもかなり難しい場合に役立ちます。

これを乱用するのは危険です。明示的なダウンキャスト表記が存在し、必須である理由です。安全でない操作に注意を引くための構文ソルトです。この言語は、暗黙のダウンキャスティング（推論された型が明確な場合）で実装できますが、これはこの安全でない操作を隠してしまうため、望ましくありません。

ダウンキャスティングは、いくつかの理由で悪いと考えられています。主に、それが反OOPだからだと思います。

OOPは、「その存在理由」が多態性であるため、行かなくてもよいということなので、ダウンキャストする必要がなかったなら、本当に気に入ってくれるでしょう。

if(object is X)
{
    //do the thing we do with X's
}
else
{
    //of the thing we do with Y's
}

あなたはただやる

x.DoThing()

そして、コードは自動的に正しいことを行います。

ダウンキャストしない「ハード」な理由がいくつかあります。

• C ++では遅いです。
• 間違ったタイプを選択すると、ランタイムエラーが発生します。

しかし、いくつかのシナリオでのダウンキャストに代わるものはかなりいものです。

典型的な例はメッセージ処理です。処理関数をオブジェクトに追加するのではなく、メッセージプロセッサに保持します。その後、MessageBaseClass処理する配列が1トンありますが、正しい処理を行うには、サブタイプごとに1つずつ必要です。

Double Dispatchを使用して問題を回避できます（https://en.wikipedia.org/wiki/Double_dispatch）...しかし、これには問題もあります。または、これらの難しい理由のリスクがある単純なコードをダウンキャストすることもできます。

しかし、これはジェネリック医薬品が発明される前のことです。詳細を後で指定するタイプを提供することで、ダウンキャストを回避できます。

MessageProccesor<T> 指定されたタイプによってメソッドパラメータと戻り値を変更できますが、汎用的な機能を提供します

もちろん、誰もあなたにOOPコードを書くことを強制することはなく、リフレクションなどの多くの言語機能が提供されていますが、それを嫌っています。

前述のすべてに加えて、オブジェクト型のTagプロパティを想像してください。必要に応じて後で使用するために、選択したオブジェクトを別のオブジェクトに保存する方法を提供します。このプロパティをダウンキャストする必要があります。

一般に、今日まで何かを使用しないことは、常に役に立たない何かを示すものではありません;-)

私の作品におけるダウンキャストの最も一般的な使用法は、いくつかのばかがリスコフの代用の原則を破ったためです。

サードパーティのライブラリにインターフェースがあると想像してください。

public interface Foo
{
     void SayHello();
     void SayGoodbye();
 }

そして、それを実装する2つのクラス。BarおよびQux。Barふるまいです。

public class Bar
{
    void SayHello()
    {
        Console.WriteLine(“Bar says hello.”);
    }
    void SayGoodbye()
    {
         Console.WriteLine(“Bar says goodbye”);
    }
}

しかしQux、うまく動作していません。

public class Qux
{
    void SayHello()
    {
        Console.WriteLine(“Qux says hello.”);
    }
    void SayGoodbye()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }
}

まあ...今、私は選択肢がありません。私が持っている私のプログラムがクラッシュ停止に来るのを避けるためにチェックし、（おそらく）ダウンキャストを入力します。

もう1つの実際の例は、WPF VisualTreeHelperです。ダウンキャストを使用DependencyObjectしてVisualとにキャストしVisual3Dます。たとえば、VisualTreeHelper.GetParentなど。ダウンキャストはVisualTreeUtils.AsVisualHelperで発生します。

private static bool AsVisualHelper(DependencyObject element, out Visual visual, out Visual3D visual3D)
{
    Visual elementAsVisual = element as Visual;

    if (elementAsVisual != null)
    {
        visual = elementAsVisual;
        visual3D = null;
        return true;
    }

    Visual3D elementAsVisual3D = element as Visual3D;

    if (elementAsVisual3D != null)
    {
        visual = null;
        visual3D = elementAsVisual3D;
        return true;
    }            

    visual = null;
    visual3D = null;
    return false;
}