前面,本系列一共寫了 九 篇關於反射和特性相關的文章,講解了如何從程式集中通過反射將資訊解析出來,以及例項化型別。
前面的九篇文章中,重點在於讀資料,使用已經構建好的資料結構(後設資料等),接下來,我們將學習 .NET Core 中,關於動態構建程式碼的知識。
其中表示式樹已經在另一個系列寫了,所以本系列主要是講述 反射,Emit ,AOP 等內容。
如果現在總結一下,反射,與哪些資料結構相關?
我們可以從 AttributeTargets 列舉中窺見:
public enum AttributeTargets
{
All=16383,
Assembly=1,
Module=2,
Class=4,
Struct=8,
Enum=16,
Constructor=32,
Method=64,
Property=128,
Field=256,
Event=512,
Interface=1024,
Parameter=2048,
Delegate=4096,
ReturnValue=8192
}
分別是程式集、模組、類、結構體、列舉、建構函式、方法、屬性、欄位、事件、介面、引數、委託、返回值。
以往的文章中,已經對這些進行了很詳細的講解,我們可以中反射中獲得各種各樣的資訊。當然,我們也可以通過動態程式碼,生成以上資料結構。
動態程式碼的其中一種方式是表示式樹,我們還可以使用 Emit 技術、Roslyn 技術來編寫;相關的框架有 Natasha、CS-Script 等。
構建程式碼
首先我們引入一個名稱空間:
using System.Reflection.Emit;
Emit 名稱空間中裡面有很多用於構建動態程式碼的型別,例如 AssemblyBuilder
,這個型別用於構建程式集。類推,構建其它資料結構例如方法屬性,則有 MethodBuilder
、PropertyBuilder
。
1,程式集(Assembly)
AssemblyBuilder 型別定義並表示動態程式集,它是一個密封類,其定義如下:
public sealed class AssemblyBuilder : Assembly
AssemblyBuilderAccess 定義動態程式集的訪問模式,在 .NET Core 中,只有兩個列舉:
列舉 | 值 | 說明 |
---|---|---|
Run | 1 | 可以執行但無法儲存該動態程式集。 |
RunAndCollect | 9 | 當動態程式集不再可供訪問時,將自動解除安裝該程式集,並回收其記憶體。 |
.NET Framework 中,有 RunAndSave 、Save 等列舉,可用於儲存構建的程式集,但是在 .NET Core 中,是沒有這些列舉的,也就是說,Emit 構建的程式集只能在記憶體中,是無法儲存成 .dll 檔案的。
另外,程式集的構建方式(API)也做了變更,如果你百度看到文章 AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly
,那麼你可以關閉建立了,說明裡面的很多程式碼根本無法在 .NET Core 下跑。
好了,不再贅述,我們來看看建立一個程式集的程式碼:
AssemblyName assemblyName = new AssemblyName("MyTest");
AssemblyBuilder assBuilder = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(assemblyName, AssemblyBuilderAccess.Run);
構建程式集,分為兩部分:
- AssemblyName 完整描述程式集的唯一標識。
- AssemblyBuilder 構建程式集
一個完整的程式集,有很多資訊的,版本、作者、構建時間、Token 等,這些可以使用
AssemblyName 來設定。
一般一個程式集需要包含以下內容:
- 簡單名稱。
- 版本號。
- 加密金鑰對。
- 支援的區域性。
你可以參考以下示例:
AssemblyName assemblyName = new AssemblyName("MyTest");
assemblyName.Name = "MyTest"; // 建構函式中已經設定,此處可以忽略
// Version 表示程式集、作業系統或公共語言執行時的版本號.
// 建構函式比較多,可以選用 主版本號、次版本號、內部版本號和修訂號
// 請參考 https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.version?view=netcore-3.1
assemblyName.Version = new Version("1.0.0");
assemblyName.CultureName = CultureInfo.CurrentCulture.Name; // = "zh-CN"
assemblyName.SetPublicKeyToken(new Guid().ToByteArray());
最終程式集的 AssemblyName 顯示名稱是以下格式的字串:
Name <,Culture = CultureInfo> <,Version = Major.Minor.Build.Revision> <, StrongName> <,PublicKeyToken> '\0'
例如:
ExampleAssembly, Version=1.0.0.0, Culture=en, PublicKeyToken=a5d015c7d5a0b012
另外,建立程式集構建器使用 AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly()
而不是 new AssemblyBuilder()
。
2,模組(Module)
程式集和模組之間的區別可以參考
https://stackoverflow.com/questions/9271805/net-module-vs-assembly
https://stackoverflow.com/questions/645728/what-is-a-module-in-net
模組是程式集內程式碼的邏輯集合,每個模組可以使用不同的語言編寫,大多數情況下,一個程式集包含一個模組。程式集包括了程式碼、版本資訊、後設資料等。
MSDN指出:“模組是沒有 Assembly 清單的 Microsoft 中間語言(MSIL)檔案。”。
這些就不再扯淡了。
建立完程式集後,我們繼續來建立模組。
AssemblyName assemblyName = new AssemblyName("MyTest");
AssemblyBuilder assBuilder = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(assemblyName, AssemblyBuilderAccess.Run);
ModuleBuilder moduleBuilder = assBuilder.DefineDynamicModule("MyTest"); // ⬅
3,型別(Type)
目前步驟:
Assembly -> Module -> Type 或 Enum
ModuleBuilder 中有個 DefineType
方法用於建立 class
和 struct
;DefineEnum
方法用於建立 enum
。
這裡我們分別說明。
建立類或結構體:
TypeBuilder typeBuilder = moduleBuilder.DefineType("MyTest.MyClass",TypeAttributes.Public);
定義的時候,注意名稱是完整的路徑名稱,即名稱空間+型別名稱。
我們可以先通過反射,獲取已經構建的程式碼資訊:
Console.WriteLine($"程式集資訊:{type.Assembly.FullName}");
Console.WriteLine($"名稱空間:{type.Namespace} , 型別:{type.Name}");
結果:
程式集資訊:MyTest, Version=0.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null
名稱空間:MyTest , 型別:MyClass
接下來將建立一個列舉型別,並且生成列舉。
我們要建立一個這樣的列舉:
namespace MyTest
{
public enum MyEnum
{
Top = 1,
Bottom = 2,
Left = 4,
Right = 8,
All = 16
}
}
使用 Emit 的建立過程如下:
EnumBuilder enumBuilder = moduleBuilder.DefineEnum("MyTest.MyEnum", TypeAttributes.Public, typeof(int));
TypeAttributes 有很多列舉,這裡只需要知道宣告這個列舉型別為 公開的(Public);typeof(int)
是設定列舉數值基礎型別。
然後 EnumBuilder 使用 DefineLiteral
方法來建立列舉。
方法 | 說明 |
---|---|
DefineLiteral(String, Object) | 在列舉型別中使用指定的常量值定義命名的靜態欄位。 |
程式碼如下:
enumBuilder.DefineLiteral("Top", 0);
enumBuilder.DefineLiteral("Bottom", 1);
enumBuilder.DefineLiteral("Left", 2);
enumBuilder.DefineLiteral("Right", 4);
enumBuilder.DefineLiteral("All", 8);
我們可以使用反射將建立的列舉列印出來:
public static void WriteEnum(TypeInfo info)
{
var myEnum = Activator.CreateInstance(info);
Console.WriteLine($"{(info.IsPublic ? "public" : "private")} {(info.IsEnum ? "enum" : "class")} {info.Name}");
Console.WriteLine("{");
var names = Enum.GetNames(info);
int[] values = (int[])Enum.GetValues(info);
int i = 0;
foreach (var item in names)
{
Console.WriteLine($" {item} = {values[i]}");
i++;
}
Console.WriteLine("}");
}
Main 方法中呼叫:
WriteEnum(enumBuilder.CreateTypeInfo());
接下來,型別建立成員,就複雜得多了。
4,DynamicMethod 定義方法與新增 IL
下面我們來為 型別建立一個方法,並通過 Emit 向程式集中動態新增 IL。這裡並不是使用 MethodBuider,而是使用 DynamicMethod。
在開始之前,請自行安裝反編譯工具 dnSpy 或者其它工具,因為這裡涉及到 IL 程式碼。
這裡我們先忽略前面編寫的程式碼,清空 Main 方法。
我們建立一個型別:
public class MyClass{}
這個型別什麼都沒有。
然後使用 Emit 動態建立一個 方法,並且附加到 MyClass 型別中:
// 動態建立一個方法並且附加到 MyClass 型別中
DynamicMethod dyn = new DynamicMethod("Foo",null,null,typeof(MyClass));
ILGenerator iLGenerator = dyn.GetILGenerator();
iLGenerator.EmitWriteLine("HelloWorld");
iLGenerator.Emit(OpCodes.Ret);
dyn.Invoke(null,null);
執行後會列印字串。
DynamicMethod 型別用於構建方法,定義並表示可以編譯、執行和丟棄的一種動態方法。 丟棄的方法可用於垃圾回收。。
ILGenerator 是 IL 程式碼生成器。
EmitWriteLine 作用是列印字串,
OpCodes.Ret 標記 結束方法的執行,
Invoke 將方法轉為委託執行。
上面的示例比較簡單,請認真記一下。
下面,我們要使用 Emit 生成一個這樣的方法:
public int Add(int a,int b)
{
return a + b;
}
看起來很簡單的程式碼,要用 IL 來寫,就變得複雜了。
ILGenerator 正是使用 C# 程式碼的形式去寫 IL,但是所有過程都必須按照 IL 的步驟去寫。
其中最重要的,便是 OpCodes 列舉了,OpCodes 有幾十個列舉,代表了 IL 的所有操作功能。
請參考:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.reflection.emit.opcodes?view=netcore-3.1
如果你點選上面的連結檢視 OpCodes 的列舉,你可以看到,很多 功能碼,這麼多功能碼是記不住的。我們現在剛開始學習 Emit,這樣就會難上加難。
所以,我們要先下載能夠檢視 IL 程式碼的工具,方便我們探索和調整寫法。
我們看看此方法生成的 IL 程式碼:
.method public hidebysig instance int32
Add(
int32 a,
int32 b
) cil managed
{
.maxstack 2
.locals init (
[0] int32 V_0
)
// [14 9 - 14 10]
IL_0000: nop
// [15 13 - 15 26]
IL_0001: ldarg.1 // a
IL_0002: ldarg.2 // b
IL_0003: add
IL_0004: stloc.0 // V_0
IL_0005: br.s IL_0007
// [16 9 - 16 10]
IL_0007: ldloc.0 // V_0
IL_0008: ret
} // end of method MyClass::Add
看不懂完全沒關係,因為筆者也看不懂。
目前我們已經獲得了上面兩大部分的資訊,接下來我們使用 DynamicMethod
來動態編寫方法。
定義 Add 方法並獲取 IL 生成工具:
DynamicMethod dynamicMethod = new DynamicMethod("Add",typeof(int),new Type[] { typeof(int),typeof(int)});
ILGenerator ilCode = dynamicMethod.GetILGenerator();
DynamicMethod 用於定義一個方法;ILGenerator是 IL 生成器。當然也可以將此方法附加到一個型別中,完整程式碼示例如下:
// typeof(Program),表示將此動態編寫的方法附加到 MyClass 中
DynamicMethod dynamicMethod = new DynamicMethod("Add", typeof(int), new Type[] { typeof(int), typeof(int) },typeof(MyClass));
ILGenerator ilCode = dynamicMethod.GetILGenerator();
ilCode.Emit(OpCodes.Ldarg_0); // a,將索引為 0 的自變數載入到計算堆疊上。
ilCode.Emit(OpCodes.Ldarg_1); // b,將索引為 1 的自變數載入到計算堆疊上。
ilCode.Emit(OpCodes.Add); // 將兩個值相加並將結果推送到計算堆疊上。
// 下面指令不需要,預設就是彈出計算堆疊的結果
//ilCode.Emit(OpCodes.Stloc_0); // 將索引 0 處的區域性變數載入到計算堆疊上。
//ilCode.Emit(OpCodes.Br_S); // 無條件地將控制轉移到目標指令(短格式)。
//ilCode.Emit(OpCodes.Ldloc_0); // 將索引 0 處的區域性變數載入到計算堆疊上。
ilCode.Emit(OpCodes.Ret); // 即 return,從當前方法返回,並將返回值(如果存在)從被呼叫方的計算堆疊推送到呼叫方的計算堆疊上。
// 方法1
Func<int, int, int> test = (Func<int, int, int>)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Func<int, int, int>));
Console.WriteLine(test(1, 2));
// 方法2
int sum = (int)dynamicMethod.Invoke(null, BindingFlags.Public, null, new object[] { 1, 2 }, CultureInfo.CurrentCulture);
Console.WriteLine(sum);
實際以上程式碼與我們反編譯出來的 IL 編寫有所差異,具體俺也不知道為啥,在群裡問了除錯了,註釋掉那麼幾行程式碼,才通過的。