C#中的三值逻辑类
三值逻辑的实际应用价值并未被忽视,在绝大多数介绍关系型数据库知识的书籍中,都涉及了NULL值的讨论,也少不了三值逻辑。而MSDN中,则给出了一个用C#实现的三值逻辑结构(struct),在应用层提供了三值逻辑运算功能。相关文章转贴如下:
C# Language Specification |
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11.4.2 Database boolean type
The DBBool struct below implements a three-valued logical type. The possible values of this type are DBBool.True , DBBool.False , and DBBool.Null , where the Null member indicates an unknown value. Such three-valued logical types are commonly used in databases. using System;
public struct DBBool
{
// The three possible DBBool values.
public static readonly DBBool Null = new DBBool(0);
public static readonly DBBool False = new DBBool(-1);
public static readonly DBBool True = new DBBool(1);
// Private field that stores –1, 0, 1 for False, Null, True.
sbyte value;
// Private instance constructor. The value parameter must be –1, 0, or 1.
DBBool(int value) {
this.value = (sbyte)value;
}
// Properties to examine the value of a DBBool. Return true if this
// DBBool has the given value, false otherwise.
public bool IsNull { get { return value == 0; } }
public bool IsFalse { get { return value < 0; } }
public bool IsTrue { get { return value > 0; } }
// Implicit conversion from bool to DBBool. Maps true to DBBool.True and
// false to DBBool.False.
public static implicit operator DBBool(bool x) {
return x? True: False;
}
// Explicit conversion from DBBool to bool. Throws an exception if the
// given DBBool is Null, otherwise returns true or false.
public static explicit operator bool(DBBool x) {
if (x.value == 0) throw new InvalidOperationException();
return x.value > 0;
}
// Equality operator. Returns Null if either operand is Null, otherwise
// returns True or False.
public static DBBool operator ==(DBBool x, DBBool y) {
if (x.value == 0 || y.value == 0) return Null;
return x.value == y.value? True: False;
}
// Inequality operator. Returns Null if either operand is Null, otherwise
// returns True or False.
public static DBBool operator !=(DBBool x, DBBool y) {
if (x.value == 0 || y.value == 0) return Null;
return x.value != y.value? True: False;
}
// Logical negation operator. Returns True if the operand is False, Null
// if the operand is Null, or False if the operand is True.
public static DBBool operator !(DBBool x) {
return new DBBool(-x.value);
}
// Logical AND operator. Returns False if either operand is False,
// otherwise Null if either operand is Null, otherwise True.
public static DBBool operator &(DBBool x, DBBool y) {
return new DBBool(x.value < y.value? x.value: y.value);
}
// Logical OR operator. Returns True if either operand is True, otherwise
// Null if either operand is Null, otherwise False.
public static DBBool operator |(DBBool x, DBBool y) {
return new DBBool(x.value > y.value? x.value: y.value);
}
// Definitely true operator. Returns true if the operand is True, false
// otherwise.
public static bool operator true(DBBool x) {
return x.value > 0;
}
// Definitely false operator. Returns true if the operand is False, false
// otherwise.
public static bool operator false(DBBool x) {
return x.value < 0;
}
public override bool Equals(object obj) {
if (!(obj is DBBool)) return false;
return value == ((DBBool)obj).value;
}
public override int GetHashCode() {
return value;
}
public override string ToString() {
if (value > 0) return "DBBool.True";
if (value < 0) return "DBBool.False";
return "DBBool.Null";
}
}
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从文章内容我们可以看出,它采用的是我们前面所述的第三种算法。这个示例搭建了一个不错的框架,除了与、或运算,还包括了必要的类型转换、比较以及在.net CLR中必不可少的GetHashCode和ToString方法。
当我们以初学者的心态面对这段朴实的代码时,有几个地方是值得学习的:
在结构内部,以-1、0、1来代表三种不同的逻辑状态。并通过定义False、NULL、True三个常量来代表所有可能该类型对象所有可能的值。这种数值与逻辑的对应符合人们常规的思维习惯和数学上的美感。也方便实现GetHashCode方法。
利用内部数值,简洁美观的实现了与/或/非运算。如果按照前面我们提的三种逻辑算法中的另外两种,实现起来就没有那么美观了。也许这就是很多关系型数据库选择这种算法实现的原因。美感,在数学体系中是一件很重要的事。
提供了IsTrue、IsFalse、IsNull判断功能,使用起来很方便。
三值逻辑向两值逻辑和DBNull转换时,必须显示转型(explicit),反之则只需要隐式转换(implicit)。
实现了true和false运算符。
重载了.net CLR要求的GetHashCode和ToString方法。当我们在特定的环境工作时,应该遵循该环境的要求和约定,而这是实际开发时经常被忽视的。
为了满足实际使用的需要,我对这个类进行了一些扩充。主要如下:
与DBNULL类型的互相转化(要考虑其中的类型转换异常)。
从字符串到三值逻辑的解析方法Parse(据此对ToString()方法有所改变)。
增加了新的构造函数。
增加了支持另外两种逻辑运算体系的与/或运算。
增加了向数据库逻辑字段赋值所用的转换函数ToDBBoolean。
新的代码如下:
using System;
namespace March.VBoolean { /// <summary> /// 三值逻辑类(Bool with three),支持System.DBNull。 /// </summary> public struct Boolw3 { // The three possible Boolw3 values. public static readonly Boolw3 Null = new Boolw3(0); public static readonly Boolw3 False = new Boolw3(-1); public static readonly Boolw3 True = new Boolw3(1); // Private field that stores –1, 0, 1 for False, Null, True. sbyte value; // Private instance constructor. The value parameter must be –1, 0, or 1. Boolw3(int value) { this.value = (sbyte)value; }
public Boolw3(bool value) { this.value = value? (sbyte)1:(sbyte)-1; } public Boolw3(DBNull value) { this.value = (sbyte)0; } /// <summary> /// 从数据库组件的逻辑字段值中构造实例 /// </summary> /// <param name="?">只能为System.Boolean或DBNull类型。</param> public Boolw3(object value) { if(null == value) throw new ArgumentException("The value must in true, false or DBNull!"); if(value.GetType() == typeof(bool)) { this.value = (bool)value?(sbyte)1:(sbyte)-1; return; } if(value.GetType() == typeof(DBNull)) { this.value = (sbyte)0; return; } throw new ArgumentException("The value must in true, false or DBNull!"); } /// <summary> /// 从字符串解析值。 /// </summary> /// <param name="value">可选值为可能带有限定名"Boolw3"的"True"、"False"、"Null"</param> public static Boolw3 Parse(string value) { Boolw3 Re = Null; switch(value) { case "Boolw3.True": case "True" : { Re.value = (sbyte)1; break; } case "Boolw3.False": case "False": { Re.value = (sbyte)-1; break; } case "Boolw3.Null": case "Null": { Re.value = (sbyte)0; break; } default: throw new ArgumentException("The value must in \"Boolw3.True\", \"Boolw3.False\" ,\"Boolw3.Null\", \"True\", \"False\" or \"Null\"!"); } return Re; } // Properties to examine the value of a Boolw3. Return true if this // Boolw3 has the given value, false otherwise. public bool IsNull { get { return value == 0; } } public bool IsFalse { get { return value < 0; } } public bool IsTrue { get { return value > 0; } } // Implicit conversion from bool to Boolw3. Maps true to Boolw3.True and // false to Boolw3.False. public static implicit operator Boolw3(bool x) { return x? True: False; }
public static implicit operator Boolw3(DBNull x) { return Null; }
// Explicit conversion from Boolw3 to bool.Throws an exception if the // given Boolw3 is Null, otherwise returns true or false. public static explicit operator bool(Boolw3 x) { if (x.value == 0) throw new InvalidOperationException(); return x.value > 0; }
public static explicit operator DBNull(Boolw3 x) { if (x.value != 0) throw new InvalidOperationException(); return DBNull.Value; }
// Equality operator. Returns Null if either operand is Null, otherwise // returns True or False. public static Boolw3 operator ==(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == 0 || y.value == 0) return Null; return x.value == y.value? True: False; } // Inequality operator. Returns Null if either operand is Null, otherwise // returns True or False. public static Boolw3 operator !=(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == 0 || y.value == 0) return Null; return x.value != y.value? True: False; } // Logical negation operator. Returns True if the operand is False, Null // if the operand is Null, or False if the operand is True. public static Boolw3 operator !(Boolw3 x) { return new Boolw3(-x.value); } // Logical AND operator. Returns False if either operand is False, // otherwise Null if either operand is Null, otherwise True. public static Boolw3 operator &(Boolw3 x, Boolw3 y) { return new Boolw3(x.value < y.value? x.value: y.value); } // Logical OR operator. Returns True if either operand is True, otherwise // Null if either operand is Null, otherwise False. public static Boolw3 operator |(Boolw3 x, Boolw3 y) {
return new Boolw3(x.value > y.value? x.value: y.value); }
/// <summary> /// VerifyAnd事实上是一种以Null值为最低优先级的逻辑与操作。通常用于验证数据有效性。 /// 两个操作数中至少有一个为False时返回False,否则,至少有一个为True时为True,否 /// 则返回NULL。 /// </summary> /// <param name="x">左操作数</param> /// <param name="y">右操作数</param> /// <returns>运算结果为Boolw3类型</returns> public static Boolw3 VerifyAnd(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == -1 || y.value == -1) return False; if (x.value == 1 || y.value == 1) return True; return Null; }
/// <summary> /// VerifyOr事实上是一种以Null值为最低优先级的逻辑或操作。通常用于验证数据有效性。 /// 两个操作数中至少有一个为True时返回True,否则,至少有一个为False时返回False,否 /// 则返回NULL。 /// </summary> /// <param name="x">左操作数</param> /// <param name="y">右操作数</param> /// <returns>运算结果为Boolw3类型</returns> public static Boolw3 VerifyOr(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == 1 || y.value == 1) return True; if (x.value == -1 & y.value == -1) return False; return True; } /// <summary> /// DBAnd是以Null值为最高优先值的逻辑与操作,常见于某些数据库平台。当操作数中有一个为 /// Null,返回值为Null,其它与二值逻辑相同。 /// </summary> /// <param name="x">左操作数</param> /// <param name="y">右操作数</param> /// <returns>运算结果为Boolw3类型</returns> public static Boolw3 DBAnd(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == 0 || y.value ==0) return Null; return new Boolw3(x.value < y.value ? x.value : y.value); }
/// <summary> /// DBOr是以Null值为最高优先值的逻辑或操作,常见于某些数据库平台。当操作数中有一个为 /// Null,返回值为Null,其它与二值逻辑相同。 /// </summary> /// <param name="x">左操作数</param> /// <param name="y">右操作数</param> /// <returns>运算结果为Boolw3类型</returns> public static Boolw3 DBOr(Boolw3 x, Boolw3 y) { if (x.value == 0 || y.value ==0) return Null; return new Boolw3(x.value > y.value ? x.value : y.value); } // Definitely true operator. Returns true if the operand is True, false // otherwise. public static bool operator true(Boolw3 x) { return x.value > 0; } // Definitely false operator. Returns true if the operand is False, false // otherwise. public static bool operator false(Boolw3 x) { return x.value < 0; } public override bool Equals(object obj) { if (!(obj is Boolw3)) return false; return value == ((Boolw3)obj).value; } public override int GetHashCode() { return value; } public override string ToString() { if (value > 0) return "Boolw3.True"; if (value < 0) return "Boolw3.False"; return "Boolw3.Null"; }
/// <summary> /// 用于向数据库访问组件的Boolean类型(如SqlDBType.Bit)字段赋值 /// </summary> /// <returns>返回一个object对象,其内部封装的可能为true、false或DBNull.Value</returns> public object ToDbBoolean() { return (value == 0) ? (object)DBNull.Value : (object)(value>0); } } }
以上代码经实际应用,可以满足需求,但是有如下地方还值得进一步改造:
应当将三种逻辑体系放在同一个类型中实现显得很不协调,影响了代码一致性和我们的常规使用习惯。应当将通用的代码统一生成为一个基类,并用抽象方法或接口的形式规定出与/或运算实现。在三个不同的子类中实现。并在子类中实现不同子类之间的显示类型转换。为了出现不必要的强耦合,可以实现子类向基类的隐式类型转换(由于OO语言的特性,这一点默认情况下就是有效的)以及基类向子类的显式类型转换(这一点可以通过在基类中定义一个虚构造函数,由子类直接继承实现)。 
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