C#中所有的引用类型的实例都需要在运行时动态创建,创建对象实例最常见的办法就是使用new操作符,使用new操作符就需要在编译器明确的知道要创建的对象的类型,如果在编译器并不能明确,就需要用到反射技术,例如:
之所以不能直接使用new,就是因为new后面的类型参数在编译器是不知道的,那么就需要在运行的时候动态的创建出与new相配合的代码。这类似于在Javascript中使用eval函数:
System.Reflection.Emit.AssemblyBuilder:用来动态创建程序集
System.Reflection.Emit.ModuleBuilder:用来动态创建模块
System.Reflection.Emit.TypeBuilder:用来动态创建类型
System.Reflection.Emit.MethodBuilder:用来动态创建方法
这里我的设计思想是,首先创建一个抽象基类(Creator类),它声明了一个用于动态创建需要的对象实例的抽象方法,在运行时根据需要动态的创建出这个抽象类的子类,并动态实现这个抽象方法,编写出用于创建对象的代码。在基类中提供一些静态方法来实现子类的创建过程,并对外提供可调用的方法。这是抽象工厂模式的一种实现。基类的声明如下:
New方法里面首先要动态的创建程序集和模块:
AssemblyBuilderdynamicAssembly=AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly(newAssemblyName("DynamicAssembly"),AssemblyBuilderAccess.Run);
ModuleBuildermoduleBuilder=dynamicAssembly.DefineDynamicModule("MainModule");
参数AssemblyBuilderAccess.Run表示这个动态创建的程序集只用于执行,而不需要保存。有了程序集和模块之后就需要创建Creator类的子类了,也就是工厂类:
MethodInfomi=typeof(Creator).GetMethod("CreateObject");
然后根据这个方法信息创建出子类的同名方法:
MethodBuildermb=tb.DefineMethod("CreateObject",mi.Attributes&~MethodAttributes.Abstract,mi.CallingConvention,mi.ReturnType,newType[]...{typeof(Object[])});
注意这里指定方法属性时需要去除掉基类方法的抽象属性,否则在创建实例时会失败,其他地方都完全和基类方法一样。下面要在被创建对象的类型中查找适当的构造函数。查找的方法是针对每一个构造函数,检查它的参数个数和参数类型与所传入的参数信息是否相容,如果找不到完全相容的构造函数,那么说明用户传入的参数有误,需要抛出异常:
if(cpis[i].ParameterType.IsValueType)//判断是否需要拆箱
ilg.Emit(OpCodes.Unbox_Any,cpis[i].ParameterType);//拆箱为需要的类型
}
Unbox操作也会自动从栈中取出一个元素,拆箱后再把结果放回栈中,也就是说上述过程不会影响栈中元素的个数。经过上述过程,构造函数的参数就已经准备好并放入栈中了,下面就是调用构造函数了:
ilg.Emit(OpCodes.Newobj,theCi);
指令Newobj相当于关键字new,用于调用构函数,参数theCi就是要创建的对象的构造函数信息。经过这个过程原栈中所压的构造函数参数都被弹出,然后把创建后的对象放回到栈中。下面只需要通过Ret指令就可以把栈中唯一的元素作为函数的返回值返回给调用者:
ilg.Emit(OpCodes.Ret);
到这里所需要的代码就已经动态生成完毕,以后再通过Creator类的子类调用CreateObject方法时,执行的就是上述动态生成的代码了。但只有这些还不够,Creator子类的虚方法表还没有更新,需要调用TypeBuilder类的DefineMethodOverride方法明确的指出用子类中的方法覆盖基类中的虚方法:
tb.DefineMethodOverride(mb,mi);//定义方法重载
这段代码虽然比直接使用反射技术要复杂很多,而且里面也多处使用了反射技术,但它只有在第一次使用时被调用到,之后就只调用动态生成的代码,因此对性能影响是可以忽略的。
下面就是要使用上述代码了。假如我们有一个类如下:
StringclassName="MyClass";
Typet=Type.GetType(className);
Objecto=Creator.New(t,1,"haha");
用起来还是比较方便的,至少不比反射麻烦。
为了进一步研究这种方法相对于反射方法的优势,我进行了一组实验。首先构造一个类,它有六个构造函数,分别用于测试一个、三个、九个值类型、引用类型参数时的性能:
publicclassA
...{
publicA(strings,strings2,strings3,strings4,strings5,strings6,strings7,strings8,strings9)...{}
publicA(strings,strings2,strings3)...{}
publicA(strings)...{}
publicA(inta,intb,intc,intd,inte,intf,intg,inth,inti)...{}
publicA(inta,intb,intc)...{}
publicA(inta)...{}
}
然后通过四种方式调用这六个构造函数来创建实例:Activator.CreateInstance、ConstructorInfo.Invoke、Creator.New、直接使用new,每种调用都重复1000万次,在Intel PentiumM 1.86G、512M内存、Windows XP SP2、.Net Framewor 2.0上测试结果如下:
各种调用类型重复1000万次所需时间(毫秒)
调用方式
|
Activator.
CreateInstance
|
ConstructorInfo.
Invoke
|
Creator.New
|
直接使用new
|
引用类型
|
1个参数
|
59281.25
|
18843.75
|
2296.875
|
140.625
|
3个参数
|
72031.25
|
24000
|
2453.125
|
171.875
|
9个参数
|
102843.75
|
39218.75
|
3187.5
|
156.25
|
值类型
|
1个参数
|
60468.75
|
19921.875
|
2375
|
109.375
|
3个参数
|
73953.125
|
26390.625
|
2796.875
|
109.375
|
9个参数
|
110656.25
|
46765.625
|
4453.125
|
109.375
|
可见,直接使用new还是最快的,动态代码生成的方法还是要比直接使用new慢了15-40倍,但比使用Activator的方法快20倍左右,比Invoke的方法快10倍左右,因此在不能直接使用new的时候,动态代码生成的方法还是非常实用的。
附完整的源代码如下。此代码仍有一些问题,如当一个类有多个构造函数时,它只能缓存一个构造函数,第二次如果调用另一个则会出错,可以适当的改进来解决此问题。
publicabstractclassCreator
...{
privatestaticAssemblyBuilderdynamicAssembly=null;
privatestaticModuleBuildermoduleBuilder=null;
privatestaticDictionary<Type,Creator>creatorList=newDictionary<Type,Creator>();
privatestaticModuleBuilderGetDynamicModule()
...{
if(dynamicAssembly==null)
...{
dynamicAssembly=AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly(newAssemblyName("DynamicAssembly"),AssemblyBuilderAccess.Run);
moduleBuilder=dynamicAssembly.DefineDynamicModule("MainModule");
}
returnmoduleBuilder;
}
privatestaticvoidCreateMethod(TypeBuildertb,TypeoriginalType,Object[]param)
...{
MethodInfomi=typeof(Creator).GetMethod("CreateObject");
MethodBuildermb=tb.DefineMethod("CreateObject",mi.Attributes&~MethodAttributes.Abstract,mi.CallingConvention,mi.ReturnType,newType[]...{typeof(Object[])});
ConstructorInfo[]cis=originalType.GetConstructors();
ConstructorInfotheCi=null;
ParameterInfo[]cpis=null;
foreach(ConstructorInfociincis)
...{
cpis=ci.GetParameters();
if(cpis.Length!=param.Length)
continue;
theCi=ci;
for(inti=0;i<cpis.Length;i++)
...{
if(!(param[i]==null||param[i].GetType()==cpis[i].ParameterType||param[i].GetType().IsSubclassOf(cpis[i].ParameterType)))
...{
theCi=null;
break;
}
}
if(theCi!=null)
break;
}
if(theCi==null)
thrownewArgumentException("错误的参数个数或类型");
ILGeneratorilg=mb.GetILGenerator();
for(inti=0;i<param.Length;i++)
...{
ilg.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
ilg.Emit(OpCodes.Ldc_I4,i);
ilg.Emit(OpCodes.Ldelem_Ref);
if(cpis[i].ParameterType.IsValueType)
ilg.Emit(OpCodes.Unbox_Any,cpis[i].ParameterType);
}
ilg.Emit(OpCodes.Newobj,theCi);
ilg.Emit(OpCodes.Ret);
tb.DefineMethodOverride(mb,mi);//定义方法重载
}
privatestaticCreatorGetCreator(Typetype,Object[]param)
...{
if(!creatorList.ContainsKey(type))
...{
ModuleBuildermodule=GetDynamicModule();
TypeBuildertb=module.DefineType("__dynamicCreator."+type.FullName,TypeAttributes.Public|TypeAttributes.Class,typeof(Creator));
CreateMethod(tb,type,param);
creatorList.Add(type,(Creator)Activator.CreateInstance(tb.CreateType()));
}
returncreatorList[type];
}
publicabstractObjectCreateObject(Object[]param);
publicstaticObjectNew(Typetype,paramsObject[]param)
...{
Creatorcreator=GetCreator(type,param);
returncreator.CreateObject(param);
}
}
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