.NET高级特性-Emit(2)类的定义

时间:2019-11-26 BillMing 人气:0

　　在上一篇博文发了一天左右的时间，就收到了博客园许多读者的评论和推荐，非常感谢，我也会及时回复读者的评论。之后我也将继续撰写博文，梳理相关.NET的知识，希望.NET的圈子能越来越大，开发者能了解/深入.NET的本质，将工作做的简单又高效，拒绝重复劳动，拒绝CRUD。

　　ok,咱们开始继续Emit的探索。在这之前，我先放一下我往期关于Emit的文章，方便读者阅读。

　　《.NET高级特性-Emit(1)》

一、基础知识

　　既然C#作为一门面向对象的语言，所以首当其冲的我们需要让Emit为我们动态构建类。

　　废话不多说，首先，我们先来回顾一下C#类的内部由什么东西组成：

　　(1) 字段-C#类中保存数据的地方，由访问修饰符、类型和名称组成；

　　(2) 属性-C#类中特有的东西，由访问修饰符、类型、名称和get/set访问器组成，属性的是用来控制类中字段数据的访问，以实现类的封装性；在Java当中写作getXXX()和setXXX(val),C#当中将其变成了属性这种语法糖；

　　(3) 方法-C#类中对逻辑进行操作的基本单元,由访问修饰符、方法名、泛型参数、入参、出参构成；

　　(4) 构造器-C#类中一种特殊的方法，该方法是专门用来创建对象的方法，由访问修饰符、与类名相同的方法名、入参构成。

　　接着，我们再观察C#类本身又具备哪些东西：

　　(1) 访问修饰符-实现对C#类的访问控制

　　(2) 继承-C#类可以继承一个父类，并需要实现父类当中所有抽象的方法以及选择实现父类的虚方法，还有就是子类需要调用父类的构造器以实现对象的创建

　　(3) 实现-C#类可以实现多个接口，并实现接口中的所有方法

　　(4) 泛型-C#类可以包含泛型参数，此外，类还可以对泛型实现约束

　　以上就是C#类所具备的一些元素，以下为样例：

public abstract class Bar
{
    public abstract void PrintName();
}

public interface IFoo<T>
{
    public T Name { get; set; }
}
//继承Bar基类，实现IFoo接口,泛型参数T
public class Foo<T> : Bar, IFoo<T>
　　//泛型约束
　　where T : struct
{
    //构造器
    public Foo(T name):base()
    {
        _name = name;
    }

    //字段
    private T _name;
    //属性
    public T Name { get => _name; set => _name = value; }
    //方法
    public override void PrintName()
    {
　　　　Console.WriteLine(_name.ToString());
    }
}

　　在探索完了C#类及其定义后，我们要来了解C#的项目结构组成。我们知道C#的一个csproj项目最终会对应生成一个dll文件或者exe文件，这一个文件我们称之为程序集Assembly；而在一个程序集中，我们内部包含和定义了许多命名空间，这些命令空间在C#当中被称为模块Module，而模块正是由一个一个的C#类Type组成。

　　所以，当我们需要定义C#类时，就必须首先定义Assembly以及Module，如此才能进行下一步工作。

二、IL概览

　　由于Emit实质是通过IL来生成C#代码，故我们可以反向生成，先将写好的目标代码写成cs文件，通过编译器生成dll，再通过ildasm查看IL代码，即可依葫芦画瓢的编写出Emit代码。所以我们来查看以下上节Foo所生成的IL代码。

　　从上图我们可以很清晰的看到.NET的层级结构，位于树顶层浅蓝色圆点表示一个程序集Assembly，第二层蓝色表示模块Module，在模块下的均为我们所定义的类，类中包含类的泛型参数、继承类信息、实现接口信息，类的内部包含构造器、方法、字段、属性以及它的get/set方法，由此，我们可以开始编写Emit代码了

三、Emit编写

　　有了以上的对C#类的解读和IL的解读，我们知道了C#类本身所需要哪些元素，我们就开始根据这些元素来开始编写Emit代码了。这里的代码量会比较大，请读者慢慢阅读，也可以参照以上我写的类生成il代码进行比对。

　　在Emit当中所有创建类型的帮助类均以Builder结尾，从下表中我们可以看的非常清楚

元素中文	元素名称	对应Emit构建器名称
程序集	Assembly	AssemblyBuilder
模块	Module	ModuleBuilder
类	Type	TypeBuilder
构造器	Constructor	ConstructorBuilder
属性	Property	PropertyBuilder
字段	Field	FieldBuilder
方法	Method	MethodBuilder

　　由于创建类需要从Assembly开始创建，所以我们的入口是AssemblyBuilder

　　(1) 首先，我们先引入命名空间，我们以上节Foo类为样例进行编写

using System.Reflection.Emit;

　　(2) 获取基类和接口的类型

var barType = typeof(Bar);
var interfaceType = typeof(IFoo<>);

　　(3) 定义Foo类型，我们可以看到在定义类之前我们需要创建Assembly和Module

//定义类
var assemblyBuilder = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(new AssemblyName("Edwin.Blog.Emit"), AssemblyBuilderAccess.Run);
var moduleBuilder = assemblyBuilder.DefineDynamicModule("Edwin.Blog.Emit");
var typeBuilder = moduleBuilder.DefineType("Foo", TypeAttributes.Public | TypeAttributes.Class | TypeAttributes.AutoClass | TypeAttributes.AnsiClass | TypeAttributes.BeforeFieldInit);

　　(4) 定义泛型参数T,并添加约束

//定义泛型参数
var genericTypeBuilder = typeBuilder.DefineGenericParameters("T")[0];
//设置泛型约束
genericTypeBuilder.SetGenericParameterAttributes(GenericParameterAttributes.NotNullableValueTypeConstraint);

　　(5) 继承和实现接口，注意当实现类的泛型参数需传递给接口时，需要将泛型接口添加泛型参数后再调用AddInterfaceImplementation方法

//继承基类
typeBuilder.SetParent(barType);
//实现接口
typeBuilder.AddInterfaceImplementation(interfaceType.MakeGenericType(genericTypeBuilder));

　　(6) 定义字段，因为字段在构造器值需要使用，故先创建

//定义字段
var fieldBuilder = typeBuilder.DefineField("_name", genericTypeBuilder, FieldAttributes.Private);

　　(7) 定义构造器，并编写内部逻辑

//定义构造器
var ctorBuilder = typeBuilder.DefineConstructor(MethodAttributes.Public | MethodAttributes.HideBySig | MethodAttributes.SpecialName | MethodAttributes.RTSpecialName, CallingConventions.Standard, new Type[] { genericTypeBuilder });
var ctorIL = ctorBuilder.GetILGenerator();
//Ldarg_0在实例方法中表示this，在静态方法中表示第一个参数
ctorIL.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
ctorIL.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
//为field赋值
ctorIL.Emit(OpCodes.Stfld, fieldBuilder);
ctorIL.Emit(OpCodes.Ret);

　　(8) 定义Name属性

//定义属性
var propertyBuilder = typeBuilder.DefineProperty("Name", PropertyAttributes.None, genericTypeBuilder, Type.EmptyTypes);

　　(9) 编写Name属性的get/set访问器

//定义get方法
var getMethodBuilder = typeBuilder.DefineMethod("get_Name", MethodAttributes.Public | MethodAttributes.HideBySig | MethodAttributes.NewSlot | MethodAttributes.SpecialName | MethodAttributes.Virtual, CallingConventions.Standard, genericTypeBuilder, Type.EmptyTypes);
var getIL = getMethodBuilder.GetILGenerator();
getIL.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
getIL.Emit(OpCodes.Ldfld, fieldBuilder);
getIL.Emit(OpCodes.Ret);
typeBuilder.DefineMethodOverride(getMethodBuilder, interfaceType.GetProperty("Name").GetGetMethod()); //实现对接口方法的重载
propertyBuilder.SetGetMethod(getMethodBuilder); //设置为属性的get方法
//定义set方法
var setMethodBuilder = typeBuilder.DefineMethod("set_Name", MethodAttributes.Public | MethodAttributes.HideBySig | MethodAttributes.NewSlot | MethodAttributes.SpecialName | MethodAttributes.Virtual, CallingConventions.Standard, null, new Type[] { genericTypeBuilder });
var setIL = setMethodBuilder.GetILGenerator();
setIL.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
setIL.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
setIL.Emit(OpCodes.Stfld, fieldBuilder);
setIL.Emit(OpCodes.Ret);
typeBuilder.DefineMethodOverride(setMethodBuilder, interfaceType.GetProperty("Name").GetSetMethod()); //实现对接口方法的重载
propertyBuilder.SetSetMethod(setMethodBuilder); //设置为属性的set方法

　　(10) 定义并实现PrintName方法

//定义方法
var printMethodBuilder = typeBuilder.DefineMethod("PrintName", MethodAttributes.Public | MethodAttributes.HideBySig | MethodAttributes.Virtual, CallingConventions.Standard, null, Type.EmptyTypes);
var printIL = printMethodBuilder.GetILGenerator();
printIL.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
printIL.Emit(OpCodes.Ldflda, fieldBuilder);
printIL.Emit(OpCodes.Constrained, genericTypeBuilder);
printIL.Emit(OpCodes.Callvirt, typeof(object).GetMethod("ToString", Type.EmptyTypes));
printIL.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }));
printIL.Emit(OpCodes.Ret);
//实现对基类方法的重载
typeBuilder.DefineMethodOverride(printMethodBuilder, barType.GetMethod("PrintName", Type.EmptyTypes));

　　(11) 创建类

var type = typeBuilder.CreateType(); //netstandard中请使用CreateTypeInfo().AsType()

　　(12) 调用

var obj = Activator.CreateInstance(type.MakeGenericType(typeof(DateTime)), DateTime.Now);
(obj as Bar).PrintName();
Console.WriteLine((obj as IFoo<DateTime>).Name);

四、应用

　　上面的样例仅供学习只用，无法运用在实际项目当中，那么，Emit构建类在实际项目中我们可以有什么应用，提高我们的编码效率

　　(1) 动态DTO-当我们需要将实体映射到某个DTO时，可以用动态DTO来代替你手写的DTO，选择你需要的字段回传给前端，或者前端把他想要的字段传给后端

　　(2) DynamicLinq-我的第一篇博文有个读者提到了表达式树，而linq使用的正是表达式树，当表达式树+Emit时，我们就可以用像SQL或者GraphQL那样的查询语句实现动态查询

　　(3) 对象合并-我们可以编写实现一个像js当中Object.assign()一样的方法，实现对两个实体的合并

　　(4) AOP动态代理-AOP的核心就是代理模式，但是与其对应的是需要手写代理类，而Emit就可以帮你动态创建代理类，实现切面编程

　　(5) ...

五、小结

　　对于Emit，确实初学者会对其感到复杂和难以学习，但是只要搞懂其中的原理，其实最终就是C#和.NET语言的本质所在，在学习Emit的同时，也是在锻炼你的基本功是否扎实，你是否对这门语言精通，是否有各种简化代码的应用。

　　保持学习，勇于实践；Write Less，Do More；作者之后还会继续.NET高级特性系列，感谢阅读!

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