使用dynamic类型来优化反射

admin 2018-12-04 阅读


什么是dynamic类型?微软给出的官方文档中这样解释:在通过 dynamic 类型实现的操作中,该类型的作用是绕过编译时类型检查。 改为在运行时解析这些操作。 dynamic 类型简化了对 COM API(例如 Office Automation API)、动态 API(例如 IronPython 库)和 HTML 文档对象模型 (DOM) 的访问。在大多数情况下,dynamic 类型与 object 类型的行为类似。 但是,如果操作包含 dynamic 类型的表达式,那么不会通过编译器对该操作进行解析或类型检查。 编译器将有关该操作信息打包在一起,之后这些信息会用于在运行时评估操作。 在此过程中,dynamic类型的变量会编译为 object 类型的变量。 因此,dynamic 类型只在编译时存在,在运行时则不存在。

下例中生成的类型是一致的:

      dynamic dyn = "Fode";
      Object obj = "Fode";

// Rest the mouse pointer over dyn and obj to see their
        // types at compile time.
        System.Console.WriteLine(dyn.GetType());
        System.Console.WriteLine(obj.GetType());

其输出结果都是String类型,可知CLR可以正确的识别出dynamic是哪种类型,在反编译看看其生成的IL代码:

    IL_0000: nop
    IL_0001: ldstr "Fode"
    IL_0006: stloc.0
    IL_0007: ldstr "Fode"
    IL_000c: stloc.1
    IL_000d: call valuetype [mscorlib]System.ConsoleKeyInfo [mscorlib]System.Console::ReadKey()
    IL_0012: pop
    IL_0013: ret

JIT编译器将dynamic识别为String类型,并将其推算到运算栈中(IL代码中 ldstr(将新对象引用推送到存储在元数据中的字符串文字)、(stloc.*)从评估堆栈的顶部弹出当前值,并将其存储在索引*处的本地变量列表中),不同IL代码也不所谓,前文只是介绍dynamic这个类型关键字,只需要你知道他的类型是绕过编译器就可以,如以下操作,Object类型就会报编译的错误。但是,对于 dyn + 3,不会报告任何错误。 在编译时不会检查包含 dyn 的表达式,原因是 dyn 的类型为 dynamic

            dynamic dyn = "Fode";
            Object obj = "Fode";
            dyn = dyn + 3;
            obj = obj + 3;  //这句代码编译器会报错

dynamic是Framework 4.0的新特性。dynamic的出现让C#具有了若语言的特性。编译器在编译时候不再对该类型进行检查,编译器默认dynamic对象支持开发者想要的任何特征。比如,即使你对 GetStudent()方法返回的对象一无所知,也可以像以下执行代码的调用,编译器不会报错:

        static void Main(string[] args)
        {
            dynamic dyn = GetStudent();

            //正确的操作
            Console.WriteLine(dyn.Age);
            Console.WriteLine(dyn.Name);
            dyn.PrintName();

            //错误的操作
            //Console.WriteLine(dyn.Birthday); //该对象没有包含该属性
            //dyn.PrintAge();  //这行代码会报错误,访问级别不够
            Console.ReadKey();
        }
        static Student GetStudent()
        {
            Student student = new Student();
            student.Age = 21;
            student.Name = "Fode";
            return student;
        }

        class Student
        {
            public String Name { get; set; }
            public Int32 Age { get; set; }

            public void PrintName()
            {
                Console.WriteLine(this.Name);
            }

            private void PrintAge()
            {
                Console.WriteLine(this.Age);
            }
        }

如果运行时dyn对象不包含指定的特性(属性、字段、方法等),运行时会抛出一个运行时的错误 RuntimeBinderException。

注意:有人可能会将var关键字与dynamic进行比较。实际上,var和dynamic完全是两回事,两个不同的概念。var实际上是编译期间抛给我门的“语法糖”,一旦被编译,编译器会自动匹配var变量的实际类型,并用实际类型来替换给变量的声明,这看上去就好像我们在编码的时候用实际类型进行声明一样,优点也显而易见,当【赋值方】类型发生变化时,【实现方】无需改变其类型,因为var会自动去适配。而dynamic被编译后,实际上是一个Object类型,只不过编译器会对dynamic类型进行特殊处理,让它在编译期间不进行任何的类型检查,而是将类型检查放到了运行期。这从VS这个IDE就能看出,在编辑窗口中,var支持【智能感知】,因为vs能推断出var类型的实际类型;而dynamic声明的变量却不支持【智能感知】,因为对其运行期的类型一无所知。对dynamic变量使用【智能感知】会提示"此操作将在运行时解析"。

BB了这么久,重点来了,利用好了动态类型dynamic的这个特性,可以简化C#中的反射语法,更高深的优化将在以后的博客推出。在dynamic出现之前,我们先用基础反射获取一个类中的方法,并执行它:

        static void Main()
        {
            DynamicObj obj = new DynamicObj();
            var fun = obj.GetType().GetMethod(nameof(obj.CallFun));
            Int32 result = (Int32)fun.Invoke(obj, new Object[] { "Fode" });
            Console.WriteLine(result);
            Console.ReadKey();
        }    
    
       public class DynamicObj
        {
            public Int32 CallFun(String str)
            {
                return str.Length;
            }
        }

其结果没有什么好讲的,就是一个用反射调用 CallFun() 方法的例子,而用dynamic之后,代码看上去更简洁了,并且在可控制的范围内减少了一次拆箱的操作,代码如下:

    dynamic dyn = new DynamicObj();
    Int32 result = dyn.CallFun("Fode");
    Console.WriteLine(result);

可能我们会对这样的简化不以为然,毕竟代码看起来并没有减少多少,但是,如果考虑到效率兼优美两个特性,那么dynamic的优势就显现出来了。对上面的代码个执行10000000次,在进行分析,如下所示:

            CodeTimer.Time("使用dynamic", 10000000, () => {  //执行里面的代码10000000次
                dynamic dyn = new DynamicObj();
                Int32 result = dyn.CallFun("Fode");
            });

            CodeTimer.Time("使用基础反射", 10000000, () => { //执行里面的代码10000000次
                DynamicObj obj = new DynamicObj();
                var fun = obj.GetType().GetMethod(nameof(obj.CallFun));
                Int32 result = (Int32)fun.Invoke(obj, new Object[] { "Fode" });
            });
            Console.ReadKey();

其运行结果如下所示:

从以上结果看出,从CPU和时间上相差了5倍多,测试器 CodeTimer 的代码随后会贴出。

总结:可以看到虽然用dynamic优化后的反射跟基础反射的相比,效率虽然在同一个数量级上。可是基础反射却没有dynamic代码简洁,因此建议:始终使用dynamic来简化反射实现(前提你知道你要是实现的类型),在往后的随笔,将会提出用ExpressionTree和Emit技术深度优化反射。

代码下载连接:  https://pan.baidu.com/s/174c9KCTvg4XpCjZFkrhTbQ 

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