[1]System.Reflection.Emit

Posted 2021-03-14 leo_wl

　　在这个大数据/云计算/人工智能研发普及的时代，Python的崛起以及javascript的前后端的侵略，程序员与企业似乎越来越青睐动态语言所带来的便捷性与高效性，即使静态语言在性能，错误检查等方面的优于静态语言。对于.NETer来说，.NET做为一门静态语言，我们不仅要打好.NET的基本功，如基本类型/语法/底层原理/错误检查等知识，也要深入理解.NET的一些高级特性，来为你的工作减轻负担和提高代码质量。

　　ok,咱们今天开始聊一聊.NET中的Emit。

一、什么是Emit？

　　Emit含义为发出、产生的含义，这是.NET中的一组类库，命名空间为System.Reflection.Emit，几乎所有的.NET版本(Framework/Mono/NetCore)都支持Emit,可以实现用C#代码生成代码的类库

二、Emit的本质

　　我们知道.NET可以由各种语言进行编写，比如VB,C++等，当然绝大部分程序员进行.NET开发都是使用C#语言进行的，这些语言都会被各自的语言解释器解释为IL语言并执行，而Emit类库的作用就是用这些语言来编写生成IL语言，并交给CLR(公共语言运行时)进行执行。

　　我们先来看看IL语言长什么样子：

　　(1) 首先我们创建一个Hello，World程序

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

　　(2) 将程序编译成dll文件，我们可以看到在开发目录下生成了bin文件夹

　　

　　(3) 向下寻找，我们可以看到dll文件已经生成，笔者使用netcore3进行开发，故路径为bin/Debug/netcoreapp3.0

　　

　　(4) 这时候，我们就要祭出我们的il查看神器了，ildasm工具

　　

　　如何找到这个工具？打开开始菜单，找到Visual Studio文件夹，打开Developer Command Prompt，在打开的命令行中键入ildasm回车即可，笔者使用vs2019进行演示，其它vs版本操作方法均一致

　　

 

 

 

 

 

 

 　　(5) 在dasm菜单栏选择文件->打开，选择刚刚生成的dll文件

　　

 

 

 　　(6) 即可查看生成il代码

　　

 

　　有了ildasm的辅助，我们就能够更好的了解IL语言以及如何编写IL语言，此外，Visual Studio中还有许多插件支持查看il代码，比如JetBrains出品的Resharper插件等，如果觉得笔者方式较为麻烦可以使用以上插件查看il代码

三、理解IL代码

　　在上一章节中，我们理解了Emit的本质其实就是用C#来编写IL代码，既然要编写IL代码，那么我们首先要理解IL代码是如何进行工作的，IL代码是如何完成C#当中的顺序/选择/循环结构的，是如何实现类的定义/字段的定义/属性的定义/方法的定义的。

　　IL代码是一种近似于指令式的代码语言，与汇编语言比较相近，所以习惯于写高级语言的.NETer来说比较难以理解

　　让我们来看看Hello，World程序的IL代码:

IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      "Hello World!"
IL_0006:  call       void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)
IL_000b:  nop
IL_000c:  ret

　　我们可以把IL代码看成栈的运行

　　第一条指令，nop表示不做任何事情，表示代码不做任何事情

　　第二条指令，ldstr表示将字符串放入栈中，字符串的值为“Hello,World!”

　　第三条指令，call表示调用方法，参数为调用方法的方法信息，并把返回的结构压入栈中，使用的参数为之前已经入栈的“Hello World!”，以此类推，如果方法有n个参数，那么他就会调取栈中n个数据，并返回一个结果放回栈中

　　第四条指令，nop表示不做任何事情

　　第五条指令，ret表示将栈中顶部的数据返回，如果方法定义为void，则无返回值

　　关于Hello，world程序IL的理解就说到这里，更多的指令含义读者可以参考微软官方文档，笔者之后也会继续对Emit进行讲解和Emit的应用

四、用Emit类库编写IL代码

　　既然IL代码咱们理解的差不多了，咱们就开始尝试用C#来写IL代码了，有了IL代码的参考，咱们也可以依葫芦画瓢的把代码写出来了

　　(1) 引入Emit命名空间

using System.Reflection.Emit;

　　(2) 首先我们定义一个Main方法，入参无，返回类型void

//定义方法名，返回类型，输入类型
var method = new DynamicMethod("Main", null, Type.EmptyTypes);

　　(3) 生成IL代码

//生成IL代码
var ilGenerator = method.GetILGenerator();
ilGenerator.Emit(OpCodes.Nop);
ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldstr,"Hello World!");
ilGenerator.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) })); //寻找Console的WriteLine方法
ilGenerator.Emit(OpCodes.Nop);
ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);

　　(4) 创建委托并调用

//创建委托
var helloWorldMethod = method.CreateDelegate(typeof(Action)) as Action;
helloWorldMethod.Invoke();

　　(5)运行，即输出Hello World!

五、小结

　　Emit的本质是使用高级语言生成IL代码，进而进行调用的的一组类库，依赖Emit我们可以实现用代码生成代码的操作，即编程语言的自举，可以有效弥补静态语言的灵活性的缺失。

　　Emit的性能非常好，除了第一次构建IL代码所需要时间外，之后只要将操作缓存在计算机内存中，速度与手写代码相差无几

　　有许多著名.NET类库均依赖于Emit:

　　(.NET JSON操作库)Json.NET/Newtonsoft.Json: github地址

　　(轻量ORM)Dapper:gituhb地址

　　(ObjectToObjectMapper)EmitMapper:github地址

　　(AOP库)Castle.DynamicProxy:github地址

　　学习Emit:

　　.NET官方文档:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet

　　.NET API浏览器:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api

　　之后作者将继续讲解.NET Emit的相关内容和应用，感谢阅读