C# 文件系统的API设计哲学 C#为什么System.IO中的某些类是密封的(sealed)

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FileStreamDirectoryinfo 是 sealed,因其封装了操作系统句柄、缓存策略与生命周期管理等底层契约,继承易破坏资源释放顺序或绕过校验;微软借此保障 api 演进自由、提升 jit 性能,并引导组合优于继承的设计实践。

C# 文件系统的API设计哲学 C#为什么System.IO中的某些类是密封的(sealed)

为什么 FileStreamDirectoryInfo 是 sealed?

因为它们不是为继承设计的——不是限制你,而是防止你误用。这些类封装了操作系统句柄、缓存策略、生命周期管理等底层契约,一旦被继承,子类极可能破坏资源释放顺序或绕过关键校验。

比如 FileStream 内部持有 SafeFileHandle,它的 Dispose 逻辑和异步 I/O 状态机深度耦合;若允许继承,子类重写 Write 却忘了同步内部缓冲区标记,就会出现数据静默丢失。

  • 所有密封类都实现了完整的资源管理闭环,没有预留「钩子」(如虚方法)给子类干预
  • PathDirectoryFile 这些静态类更激进:连实例化都不允许,因为它们只是纯函数式工具箱
  • 想扩展行为?用组合,不是继承——包装一个 FileStream 到你自己的类里,加日志、加重试、加 CRC 校验都行

FileInfo 为什么没被 sealed,但几乎没人继承它?

它确实没加 sealed 关键字,但它的构造函数internal,且所有关键方法(OpenReadMoveTo)都依赖私有字段 _name_isNormalized,这些字段只在内部通过严格路径解析逻辑初始化。

如果你强行继承并调用基类构造器,传入非法路径(比如含 ../ 或空格),FileInfo 会在构造时直接抛 ArgumentException,根本不会让你走到实例方法那步。

  • 它的非 sealed 是历史遗留(早期 .NET Framework 兼容性考虑),不是开放扩展接口
  • 所有公开属性(LengthLastWriteTime)都是 get-only,且背后调用的是 Win32Native.GetFileAttributesEx,无法被子类拦截或修饰
  • 试图重写 ToString() 没问题,但改不了任何 I/O 行为——它不参与实际读写

密封类对 API 演进的实际影响

密封让微软能放心重构内部实现,不用考虑子类兼容性。比如 .NET 6 中 MemoryMappedFile 的创建逻辑从 Win32 CreateFileMapping 切换到更细粒度的页表控制,如果它可继承,就不得不保留一废弃的虚方法供子类调用,徒增维护负担。

另一个现实好处:JIT 编译器对 sealed 类的方法调用可做去虚拟化(devirtualization),把虚调用转成直接调用——尤其在高频路径如 Path.Combine 内部的字符串拼接逻辑中,这点微优化会累积出可观差异。

  • 你写的泛型约束 where T : Stream 在运行时仍要查虚表;但 where T : FileStream 不可能成立,因为它是 sealed,编译器直接报错
  • 反序列化库(如 System.Text.json)遇到 sealed 类型时,跳过「找无参构造器 + 属性赋值」流程,改用 Unsafe.AsRef 直接内存拷贝,速度更快
  • 第三方 Mock 框架(如 Moq)无法 mock sealed 类——这不是缺陷,是提示你:这里该测集成行为,而不是隔离打桩

什么时候真该自己写 sealed 类?

当你封装了一个明确的、不可分割的资源操作单元时。比如你写了个 AtomicFileWriter,内部用临时文件 + File.Replace 保证写入原子性,并在 Dispose 中强制刷新磁盘缓存——这个类一旦被继承,子类随便重写 Write 就可能打破原子性保证。

别为了“看起来严谨”而加 sealed;但如果你的类里有 SafeHandleTaskCompletionSource、或依赖特定的 finalizer 顺序,那就 seal 它,顺便把构造函数设为 private,只暴露静态工厂方法。

  • 密封不等于不可配置:用参数对象(如 new AtomicFileWriterOptions { FlushToDisk = true })代替继承
  • 如果未来真需要多态,优先考虑接口(IFileWriter)+ 密封实现,而不是抽象基类
  • 最容易被忽略的一点:sealed 类的 xml 文档注释里,别写「派生类可重写此方法」——这种描述本身就会误导人
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