C# 9.0 终于来了, Top-level programs 和 Partial Methods 两大新特性探究

Posted 2021-04-14 dotNET跨平台

一：背景

1. 讲故事

.NET 5 终于在 6月25日 发布了第六个预览版，随之而来的是更多的新特性加入到了 C# 9 Preview 中，这个系列也可以继续往下写了，废话不多说，今天来看一下 Top-level programs 和 Extending Partial Methods 两大新特性。

2. 安装必备

下载最新的 .net 5 preview 6。

下载最新的 Visual Studio 2019 version 16.7 Preview 3.1

二：新特性研究

1. Top-level programs

如果大家玩过 python，应该知道在 xxx.py 中写一句 print，这程序就能跑起来了，简单高效又粗暴，很开心的是这特性被带到了C# 9.0 中。

• 修改前

using System;

namespace ConsoleApp2
{
    class Program
 {
        static void Main(string[] args)
 {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }

• 修改后

System.Console.WriteLine("Hello World!");

这就有意思了，Main入口函数去哪了？没它的话，JIT还怎么编译代码呢？想知道答案的话用 ILSpy 反编译看一下就好啦！

.class private auto ansi abstract sealed beforefieldinit $Program
    extends [System.Runtime]System.Object
{
    .custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = (
        01 00 00 00
    )
    // Methods
    .method private hidebysig static 
        void $Main (
            string[] args
        ) cil managed
    {
        // Method begins at RVA 0x2050
        // Code size 18 (0x12)
        .maxstack 8
        .entrypoint

        IL_0000: ldstr "Hello World!"
        IL_0005: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)
        IL_000a: nop
        IL_000b: call string [System.Console]System.Console::ReadLine()
        IL_0010: pop
        IL_0011: ret
    } // end of method $Program::$Main

} // end of class $Program

从 IL 上看，类变成了 $Program, 入口方法变成了 $Main, 这就好玩了，在我们的印象中入口函数必须是 Main，否则编译器会给你一个大大的错误，你加了一个 $ 符号，那CLR还能认识吗？能不能认识我们用 windbg 看一些托管和非托管堆栈，看看有什么新发现。

0:010> ~0s
ntdll!NtReadFile+0x14:
00007ffe`f8f8aa64 c3 ret
0:000> !dumpstack
OS Thread Id: 0x7278 (0)
Current frame: ntdll!NtReadFile + 0x14
Child-SP         RetAddr Caller, Callee
0000008551F7E810 00007ffed1e841dc (MethodDesc 00007ffe4020d500 + 0x1c System.Console.ReadLine()), calling 00007ffe400ab090
0000008551F7E840 00007ffe4014244a (MethodDesc 00007ffe401e58f0 + 0x3a $Program.$Main(System.String[])), calling 00007ffe40240f58
0000008551F7E880 00007ffe9fcc8b43 coreclr!CallDescrWorkerInternal + 0x83 [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmamd64CallDescrWorkerAMD64.asm:101]
0000008551F7E8C0 00007ffe9fbd1e03 coreclr!MethodDescCallSite::CallTargetWorker + 0x263 [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmcallhelpers.cpp:554], calling coreclr!CallDescrWorkerWithHandler [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmcallhelpers.cpp:56]
0000008551F7E950 00007ffe9fb8c4e5 coreclr!MethodDesc::IsVoid + 0x21 [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmmethod.cpp:1098], calling coreclr!MetaSig::IsReturnTypeVoid [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmsiginfo.cpp:5189]
0000008551F7EA00 00007ffe9fb8c4bf coreclr!RunMainInternal + 0x11f [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmassembly.cpp:1488], calling coreclr!MethodDescCallSite::CallTargetWorker [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmcallhelpers.cpp:266]
0000008551F7EB30 00007ffe9fb8c30a coreclr!RunMain + 0xd2 [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmassembly.cpp:1559], calling coreclr!RunMainInternal [F:workspace\_work1ssrccoreclrsrcvmassembly.cpp:1459]

从上面堆栈的流程图看： coreclr!RunMain -> coreclr!MethodDesc -> coreclr!CallDescrWorkerInternal -> $Program.$Main， 确实被调用了，不过有一个重大发现，在 $Program.$Main 调用之前底层的 CLR 读取了 方法描述符，这就是一个重大突破点，方法描述符在哪里呢？可以用 ildasm 去看一下元数据列表。

可以看到，入口函数那里打上了一个 ENTRYPOINT 标记，这就说明入口函数名其实是可以随便更改的，只要被 ENTRYPOINT打上标记即可，CoreCLR就能认的出来~~~

2. Partial Methods

我们知道 部分方法 是一个很好的桩函数，而且在 C# 3.0 中就已经实现了,那时候给我们增加了很多限制，如下图：

翻译过来就是：

• 部分方法的签名必须一致

• 方法必须返回void

• 不允许使用访问修饰符，而且还是隐式私有的。

在 C# 9.0 中放开了对 方法签名 的所有限制，正如 issue 总结：

这是一个非常好的消息，现在你的部分方法上可以加上各种类型的返回值啦，这里我举一个例子：

    class Program
 {
        static void Main(string[] args)
 {
            var person = new Person();

            Console.WriteLine(person.Run("jack"));
        }
    }

    public partial class Person
 {
        public partial string Run(string name);
    }

    public partial class Person
 {
        public partial string Run(string name) => $"{name}:开溜了~";
    }

然后我们用 ILSpy 简单看看底层怎么玩的，如下图可以看到其实就是一个简单的合成，对吧。

现在我有想法了，如果我不给 Run 方法实现会怎么样？把下面的 partial 类注释掉看一下。

从报错信息看，可访问的修饰符必须要有方法实现，还以为直接编译的时候抹掉呢。 这就起不到桩函数的作用:-D，不过这个特性还是给了我们更多的可能用的到的应用场景吧。

三：总结

本篇两个特性还是非常实用的，Top-level programs 让我们可以写更少的代码，甚至拿起 记事本 都可以快捷的编写类似一次性使用的测试代码， Partial Methods 特性留给大家补充吧，我基本上算是没用过 (┬＿┬)。