C#筆記 – 反射

反射

元數據表是程序集/模塊中各種成員定義的容器，（System.Reflection）反射則用來解析元數據表
- 實際上，System.Reflection中的類型為程序集/模塊中包含的元數據提供了一個對象模型
一般使用時機
- 需要理解類型的定義才能提供豐富功能的類庫
  - 編輯器工具開發
- 從特定程序集加載特定類型以執行特定任務
  - 晚期綁定：在運行時才確定要使用的類型和方法
性能問題
- 反射嚴重依賴字符串
  - 編譯時無法保證類型安全
  - 反射的運行，實際上是在運行時，掃瞄程序集的元數據，不停地執行不區分大小寫的字符串搜索
- 調用方法的打包/解包
  - 調用方法前，CLR會檢查實參具有正確的數據類型和有正確的安全權限
  - 調用方法時，實參需要打包成數組；然後在內部，反射再將這些實參解包到線程棧上
  - 替代方案
    - 讓類型從編譯時已知的基類派生。運行時構造派生類的實例，將對它的引用放到基類的變量中，然後調用基類的虛方法
    - 讓類型實現編譯時已知的接口。運行時構造類型的實例，將對它的引用放到接口類型的變量中，然後調用接口定義的方法
用途
- 判斷程序集定義了哪些類型/成員
  - Assembly.ExportedTypes
  - System.Reflection.MemberInfo
    - TypeInfo
    - FieldInfo
    - MethodBase
      - ConstructorInfo
      - MethodInfo
    - PropertyInfo
    - EventInfo
    - 層次：
      - 基於AppDomain -> 發現程序集
      - 基於程序集 -> 發現模塊
      - 基於程序集/模塊 -> 發現類型
      - 基於類型 -> 發現
        
        嵌套類型
        
        字段
        
        構造器
        
        方法
        
        屬性
        
        事件
        
        接口
      - 基於各方法（構造/屬性訪問器/事件增刪/一般方法）-> 發現參數/返回值
      - 基於任何一項都可發現定制特性
  - 調用這些成員
    - 成員類型調用成員時需要使用的方法
      FieldInfo GetValue/SetValue
      ConstructorInfo Invoke
      MethodInfo Invoke
      PropertyInfo GetValue/SetValue
      EventInfo AddEventHandler/RemoveEventHandler
  - 運行時句柄
    - RuntimeTypeHandle
      - Type.GetTypeHandle -> RuntimeTypeHandle
      - Type.GetTypeFromHandle -> Type
    - RuntimeFieldHandle
      - FieldInfo.FieldHandle -> RuntimeFieldHandle
      - FieldInfo.GetFieldFromHandle -> FieldInfo
    - RuntimeMethodHandle
      - MethodInfo.MethodHandle -> RuntimeMethodHandle
      - MethodInfo.GetMethodFromHandle -> MethodInfo
    - 值類型，包含了一個IntPtr字段，用於引用AppDomain的Loader堆中的一個類型/字段/方法，目的是為了避免大量Type/MemberInfo派生對象的緩存
- 得到類型對象的準確含義
  - Object.GetType
    - 判斷指定對象的類型，返回該類型的Type對象引用
    - ```
      TestReflection tr1 = new TestReflection();            
      Console.WriteLine(tr1.GetType()); //CLR_Ch23.TestReflection
```
- System.Type.GetType
  - 必須傳遞一個字符串參數，指定類型的全名（包括命名空間）
  - 不允許使用編譯器指定的基元類型
  - 方法檢查調用程序集是否定義了指定名稱的類型，如果是，返回一個Type對象的引用
    - 如果調用程序集中沒有定義，剛在MSCorLib.dll中查找
    - Type t = Type.GetType("CLR_Ch23.TestReflection"); Console.WriteLine(t.Name); //TestReflection Console.WriteLine(t.FullName); //CLR_Ch23.TestReflection
  - System.Type.ReflectionOnlyGetType
    - 邏輯與GetType相似，但只以「僅反射」的方式加載，不能執行
- System.TypeInfo
  - 提供實例成員：DeclaredNestedTypes、GetDeclaredNestedType
  - System.Type對象是輕量級的對象引用，而TypeInfo才代表真實類型定義
  - Type<->TypeInfo
    - 使用System.Reflection.IntrospectionExtensions.GetTypeInfo將Type轉換成TypeInfo
    - TypeInfo.AsType將TypeInfo對象轉換成Type對象
  - 獲取TypeInfo對象會強迫CLR確保已加載類型的定義程序集，從而對類型進行解析，代價高昂
    - TypeInfo包括：
      
      與類型關聯的標志，如：IsSealed, IsAbstract, IsClass, IsPublic, …
      
      定義該類型的程序集的相關信息
      
      類型基類的引用
- System.Reflection.Assembly
  - 提供實例成員：GetType、DefinedTypes、ExportedTypes
- typeof操作符
  - 盡量用該操作符獲得type引用
  - 一般用於將晚期綁定的類型信息與早期綁定的類型信息進行比較
    - if(tr1.GetType() == typeof(TestReflection)) { //... }
- 構造類型實例
  - Activator：提供了兩個靜態方法
    - CreateInstance
      - 傳遞Type對象引用
        
        Activator.CreateInstance(typeof(TestReflection));
        
        返回新對象的引用
      - 傳遞字符串對象引用
        
        除了Type對象的名稱字符串，還需要傳遞定義了類型程序集的字符串實參
        
        返回的是Runtime.Remoting.ObjectHandle對象
        
        派生自MarshalByRefObject
        
        因此允許將一個AppDomain中創建的對象傳至其他AppDomain
        
        對象不會被實例化，直至調用對象的Unwrap方法
        
        如果對象按引用封送，會創建代理類型和對象
        
        如果對象按值封送，會反序列化對象的副本
        
        ObjectHandle handle = Activator.CreateInstance(assemblyName, "TestReflection"); object tr3 = handle.Unwrap();
    - CreateInstanceFrom
      - 與CreateInstance行為相似，但必須通過字符串來指定類型和程序集，且內部使用LoadFrom
      - 返回ObjectHandle，實例化需要手動調用Unwrap方法
  - AppDomain：提供了四個對象方法，行為與Activator類的方法相似
    - CreateInstance
    - CreateInstanceAndUnwrap
    - CreateInstanceFrom
    - CreateInstanceFromAndUnwrap
    - ```
      AppDomain d = AppDomain.CreateDomain("AD1");
      d.CreateInstance("AssemblyName", "TypeName");
      d.CreateInstanceAndUnwrap("AssemblyName", "TypeName");
      d.CreateInstanceFrom("AssemblyName", "TypeName");
      d.CreateInstanceFromAndUnwrap("AssemblyName", "TypeName");
```
- 數組實例創建：Array.CreateInstance
  - ```
    Array arr = Array.CreateInstance(typeof(TestReflection), 10);
```
  - 委托實例創建：Delegate.CreateDelegate
    - ```
      var Instance = Activator.CreateInstance(typeof(TestReflection));            
      MethodInfo m = typeof(TestReflection).GetMethod("Test");
      Action d = Delegate.CreateDelegate(typeof(Action), Instance, m) as Action;
      d();
```
- 泛型類型實例創建：Type.MakeGenericType
  - 首先獲得對開放類型的引用
  - 然後調用Type.MakeGenericType，並向其傳遞類型實參數組
  - 最後調用構建類型實例的相關方法
  - ```
    Type openType = typeof(TestGeneric<,,>);
    Type closeType = openType.MakeGenericType(typeof(int), typeof(string), typeof(TestReflection));
    Type[] arg = closeType.GetGenericArguments();
    for (int i = 0; i < arg.Length; i++)
    {
        Console.WriteLine($"Arg{i}: {arg[i]}");
    }
```
  - ```
    依次輸出：
    Arg0: System.Int32
    Arg1: System.String
    Arg2: CLR_Ch23.TestReflection
```
  - 然而，目前closeType必須通過GetTypeInfo才能得到具體的封閉類型，否則只能得到System.RuntimeType的結果
    - Console.WriteLine(closeType.GetType()); //System.RuntimeType Console.WriteLine(closeType.GetTypeInfo()); //CLR_Ch23.TestGeneric`3[System.Int32, System.String, CLR_Ch23.TestReflection]

成員類型	調用成員時需要使用的方法
FieldInfo	GetValue/SetValue
ConstructorInfo	Invoke
MethodInfo	Invoke
PropertyInfo	GetValue/SetValue
EventInfo	AddEventHandler/RemoveEventHandler

參考書目

《CLR via C#》（第4版） Jeffrey Richter