[你必须知道的.NET] 第三回:历史纠葛:特性和属性

发布日期:2007.4.19 作者:Anytao

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本文将介绍以下内容:

• 定制特性的基本概念和用法

• 属性与特性的区别比较

• 反射的简单介绍

1. 引言

attribute是.NET框架引入的有一技术亮点,因此我们有必要花点时间来了解本文的内容,走进一个发现attribute登堂入室的入口。因为.NET Framework中使用了大量的定制特性来完成代码约定,[Serializable]、[Flags]、[DllImport]、[AttributeUsage]这些的构造,相信我们都见过吧,那么你是否了解其背后的技术。

提起特性,由于高级语言发展的历史原因,不免让人想起另一个耳熟能详的名字:属性。特性和属性,往往给初学者或者从C++转移到C#的人混淆的概念冲击。那么,什么是属性,什么是特性,二者的概念和区别,用法与示例,将在本文做以概括性的总结和比较,希望给你的理解带来收获。另外本文的主题以特性的介绍为主,属性的论述重点突出在二者的比较上,关于属性的更多论述将在另一篇主题中详细讨论,敬请关注。

2. 概念引入

2.1. 什么是特性?

MADN的定义为:公共语言运行时允许添加类似关键字的描述声明,叫做attributes, 它对程序中的元素进行标注,如类型、字段、方法和属性等。Attributes和Microsoft .NET Framework文件的元数据保存在一起,可以用来向运行时描述你的代码,或者在程序运行的时候影响应用程序的行为。

我们简单的总结为:定制特性attribute,本质上是一个类,其为目标元素提供关联附加信息,并在运行期以反射的方式来获取附加信息。具体的特性实现方法,在接下来的讨论中继续深入。

2.2. 什么是属性?

 属性是面向对象编程的基本概念,提供了对私有字段的访问封装,在C#中以get和set访问器方法实现对可读可写属性的操作,提供了安全和灵活的数据访问封装。关于属性的概念,不是本文的重点,而且相信大部分的技术人员应该对属性有清晰的概念。以下是简单的属性示例:

 

     public   class  MyProperty
    {
        
// 定义字段
         private   string  _name;
        
private   int  _age;

        
// 定义属性,实现对_name字段的封装
         public   string  Name
        {
            
get  {  return  (_name  ==   null ?   string .Empty : _name; }
            
set  { _name  =  value; }
        }

        
// 定义属性,实现对_age字段的封装
        
// 加入对字段的范围控制
         public   int  Age
        {
            
get  {  return  _age; }
            
set
            {
                
if  ((value  >   0 &&  (value  <   150 ))
                {
                    _age 
=  value;
                }
                
else
                {
                    
throw   new  Exception( " Not a real age " );
                }
            }
        }
    }

    
public   class  MyTest
    {
        
public   static   void  Main( string [] args)
        {
            MyProperty myProperty 
=   new  MyProperty();
            
// 触发set访问器
            myProperty.Name  =   " Anytao " ;
            
// 触发get访问器
            Console.WriteLine(myProperty.Name);
            myProperty.Age 
=   66 ;
            Console.WriteLine(myProperty.Age.ToString());
            Console.ReadLine();
        }
    }

 


2.3. 区别与比较

通过对概念的澄清和历史的回溯,我们知道特性和属性只是在名称上有过纠葛,在MSDN上关于attribute的中文解释甚至还是属性,但是我同意更通常的称呼:特性。在功能上和应用上,二者其实没有太多模糊的概念交叉,因此也没有必要来比较其应用的异同点。本文则以特性的概念为重点,来讨论其应用的场合和规则。

我理解的定制特性,就是为目标元素,可以是数据集、模块、类、属性、方法、甚至函数参数等加入附加信息,类似于注释,但是可以在运行期以反射的方式获得。定制特性主要应用在序列化、编译器指令、设计模式等方面。

3. 通用规则

  1. 定制特性可以应用的目标元素可以为:程序集(assembly)、模块(module)、类型(type)、属性(property)、事件(event)、字段(field)、方法(method)、参数(param)、返回值(return),应该全了。
  2. 定制特性以[,]形式展现,放在紧挨着的元素上,多个特性可以应用于同一元素,特性间以逗号隔开,以下表达规则有效:[AttributeUsage][ Flags]、[AttributeUsage, Flags]、[Flags, AttibuteUsageAttribute]、[AttributeUsage(), FlagesAttribute()]
  3. attibute实例,是在编译期进行初始化,而不是运行期。
  4. C#允许以指定的前缀来表示特性所应用的目标元素,建议这样来处理,因为显式处理可以消除可能带来的二义性。例如:  
    using  System; 

    namespace  Anytao.net 
    {
        [assembly: MyAttribute(
    1 )]           // 应用于程序集
        [moduel: MyAttribute( 2 )]             // 应用于模块
        pubic  class  Attribute_how2do
        {
            
    //
        } 
    }

     

  5. 定制特性类型,必须直接或者间接的继承自System.Attribute类,而且该类型必须有公有构造函数来创建其实例。
  6. 所有自定义的特性名称都应该有个Attribute后缀,这是习惯性约定。
  7. 定制特性也可以应用在其他定制特性上,这点也很好理解,因为定制特性本身也是一个类,遵守类的公有规则。例如很多时候我们的自定义定制特性会应用AttributeUsageAttribute特性,来控制如何应用新定义的特性。  
    [AttributeUsageAttribute(AttributeTarget.All),
    AllowMultiple 
    =   true
    Inherited 
    =   true ]
    class  MyNewAttribute: System.Attribute
    {
    //

     

  8. 定制特性不会影响应用元素的任何功能,只是约定了该元素具有的特质。
  9. 所有非抽象特性必须具有public访问限制。
  10. 特性常用于编译器指令,突破#define, #undefine, #if, #endif的限制,而且更加灵活。
  11. 定制特性常用于在运行期获得代码注释信息,以附加信息来优化调试。
  12. 定制特性可以应用在某些设计模式中,如工厂模式。
  13. 定制特性还常用于位标记,非托管函数标记、方法废弃标记等其他方面。

4. 特性的应用

4.1. 常用特性

常用特性,也就是.NET已经提供的固有特性,事实上在.NET框架中已经提供了丰富的固有特性由我们发挥,以下精选出我认为最常用、最典型的固有特性做以简单讨论,当然这只是我的一家之言,亦不足道。我想了解特性,还是从这里做为起点,从.NET提供的经典开始,或许是一种求知的捷径,希望能给大家以启示。

  1. AttributeUsage

    AttributeUsage特性用于控制如何应用自定义特性到目标元素。关于AttributeTargetsAllowMultipleInheritedValidOn,请参阅示例说明和其他文档。我们已经做了相当的介绍和示例说明,我们还是在实践中自己体会更多吧。

  2. Flags

    以Flags特性来将枚举数值看作位标记,而非单独的数值,例如: 

    enum  Animal
    {
        Dog     
    =   0x0001 ,
        Cat     
    =   0x0002 ,
        Duck    
    =   0x0004 ,
      Chicken 
    =   0x0008
    }

    因此,以下实现就相当轻松, 

    Animal animals  =  Animal.Dog  |  Animal.Cat;
    Console.WriteLine(animals.ToString());

    请猜测结果是什么,答案是:"Dog, Cat"。如果没有Flags特别,这里的结果将是"3"。关于位标记,也将在本系列的后续章回中有所交代,在此只做以探讨止步。

  3. DllImport

    DllImport特性,可以让我们调用非托管代码,所以我们可以使用DllImport特性引入对Win32 API函数的调用,对于习惯了非托管代码的程序员来说,这一特性无疑是救命的稻草。 

    using  System;
    using  System.Runtime.InteropServices;

    namespace  Anytao.net
    {
        
    class  MainClass 
        {
           [DllImport(
    " User32.dll " )]
           
    public   static   extern   int  MessageBox( int  hParent,  string  msg,  string  caption,  int  type);

           
    static   int  Main() 
           {
              
    return  MessageBox( 0 " How to use attribute in .NET " " Anytao_net " 0 );
          }
        }
    }
  4. Serializable

    Serializable特性表明了应用的元素可以被序列化(serializated),序列化和反序列化是另一个可以深入讨论的话题,在此我们只是提出概念,深入的研究有待以专门的主题来呈现,限于篇幅,此不赘述。

  5. Conditional

    Conditional特性,用于条件编译,在调试时使用。注意:Conditional不可应用于数据成员和属性。

还有其他的重要特性,包括:DescriptionDefaultValueCategoryReadOnlyBrowerAble等,有时间可以深入研究。

4.2. 自定义特性

既然attribute,本质上就是一个类,那么我们就可以自定义更特定的attribute来满足个性化要求,只要遵守上述的12条规则,实现一个自定义特性其实是很容易的,典型的实现方法为:

  1. 定义特性  

     

        [AttributeUsage(AttributeTargets.Class  |
            AttributeTargets.Method,
            Inherited 
    =   true )]
        
    public   class  TestAttribute : System.Attribute
        {
            
    public  TestAttribute( string  message)
            {
                Console.WriteLine(message);
            }
            
    public   void  RunTest()
            {
                Console.WriteLine(
    " TestAttribute here. " );
            }
        }

     

  2. 应用目标元素  
            [Test( " Error Here. " )]
            
    public   void  CannotRun()
            {
                
    //
            }

     

  3. 获取元素附加信息

    如果没有什么机制来在运行期来获取Attribute的附加信息,那么attribute就没有什么存在的意义。因此,.NET中以反射机制来实现在运行期获取attribute信息,实现方法如下:  

     

     

             public   static   void  Main()
            {
                Tester t 
    =   new  Tester();
                t.CannotRun();

                Type tp 
    =   typeof (Tester);
                MethodInfo mInfo 
    =  tp.GetMethod( " CannotRun " );            
                TestAttribute myAtt 
    =  (TestAttribute)Attribute.GetCustomAttribute(mInfo,  typeof (TestAttribute));
                myAtt.RunTest();
            }

     

5. 经典示例

5.1 小菜一碟

啥也不说了,看注释吧。

using  System;
using  System.Reflection;                                  // 应用反射技术获得特性信息

namespace  Anytao.net
{
    
// 定制特性也可以应用在其他定制特性上,
    
// 应用AttributeUsage,来控制如何应用新定义的特性
    [AttributeUsageAttribute(AttributeTargets.All,        // 可应用任何元素
        AllowMultiple  =   true ,                             // 允许应用多次
        Inherited  =   false )]                               // 不继承到派生类
    
// 特性也是一个类,
    
// 必须继承自System.Attribute类,
    
// 命名规范为:"类名"+Attribute。        
     public   class  MyselfAttribute : System.Attribute
    {
        
// 定义字段
         private   string  _name;
        
private   int  _age;
        
private   string  _memo;

        
// 必须定义其构造函数,如果不定义有编译器提供无参默认构造函数
         public  MyselfAttribute()
        {
        }
        
public  MyselfAttribute( string  name,  int  age)
        {
            _name 
=  name;
            _age 
=  age;
        }

        
// 定义属性
        
// 显然特性和属性不是一回事儿
         public   string  Name
        {
            
get  {  return  _name  ==   null   ?   string .Empty : _name; }
        }

        
public   int  Age
        {
            
get  {  return  _age; }
        }

        
public   string  Memo
        {
            
get  {  return  _memo; }
            
set  { _memo  =  value; }
        }

        
// 定义方法
         public   void  ShowName()
        {
            Console.WriteLine(
" Hello, {0} " , _name  ==   null   ?   " world. "  : _name);
        }
    }

    
// 应用自定义特性
    
// 可以以Myself或者MyselfAttribute作为特性名
    
// 可以给属性Memo赋值
    [Myself( " Emma " 25 , Memo  =   " Emma is my good girl. " )]
    
public   class  Mytest
    {
        
public   void  SayHello()
        {
            Console.WriteLine(
" Hello, my.net world. " );
        }
    }

    
public   class  Myrun
    {
        
public   static   void  Main( string [] args)
        {
            
// 如何以反射确定特性信息
            Type tp  =   typeof (Mytest);
            MemberInfo info 
=  tp;
            MyselfAttribute myAttribute 
=
                (MyselfAttribute)Attribute.GetCustomAttribute(info, 
typeof (MyselfAttribute));
            
if  (myAttribute  !=   null )
            {
                
// 嘿嘿,在运行时查看注释内容,是不是很爽
                Console.WriteLine( " Name: {0} " , myAttribute.Name);
                Console.WriteLine(
" Age: {0} " , myAttribute.Age);
                Console.WriteLine(
" Memo of {0} is {1} " , myAttribute.Name, myAttribute.Memo);
                myAttribute.ShowName();
            }

            
// 多点反射
             object  obj  =  Activator.CreateInstance( typeof (Mytest));

            MethodInfo mi 
=  tp.GetMethod( " SayHello " );
            mi.Invoke(obj, 
null );
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

 啥也别想了,自己做一下试试。

5.2 他山之石

  • MSDN认为,特性 (Attribute) 描述如何将数据序列化,指定用于强制安全性的特性,并限制实时 (JIT) 编译器的优化,从而使代码易于调试。属性 (Attribute) 还可以记录文件名或代码作者,或在窗体开发阶段控制控件和成员的可见性。
  • dudu Boss收藏的系列文章《Attribute在.net编程中的应用》,给你应用方面的启示会很多,值得研究。
  • 亚历山大同志 的系列文章《手把手教你写ORM(六)》中,也有很好的诠释。
  • idior的文章《Remoting基本原理及其扩展机制》也有收获,因此补充。

6. 结论

 Attribute是.NET引入的一大特色技术,但在博客园中讨论的不是很多,所以拿出自己的体会来分享,希望就这一技术要点进行一番登堂入室的引导。更深层次的应用,例如序列化、程序安全性、设计模式多方面都可以挖掘出闪耀的金子,这就是.NET在技术领域带来的百变魅力吧。希望大家畅所欲言,来完善和补充作者在这方面的不全面和认知上的不深入,那将是作者最大的鼓励和动力。
 

参考文献

(USA)Stanley B.Lippman, C# Primer 

温故知新

[开篇有益]

[第一回:恩怨情仇:is和as]

[第二回:对抽象编程:接口和抽象类

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