C# 反射机制详解
0. 基础概念
0.1 什么是反射
Reflection，中文翻译为反射。
这是.Net中获取运行时类型信息的方式。
官方定义：
审查元数据并收集关于它的类型信息的能力。
元数据（编译以后的最基本数据单元）
就是一大堆的表，当编译程序集或者模块时，编译器会创建一个类定义表，一个字段定义表，和一个方法定义表等。
.Net的应用程序的结构由以下几个部分组成：
-
程序集(Assembly)
-
模块(Module)
-
类型(class)
而反射的层次模型也类似上述结构：
- 程序集反射
- 类型反射
- 类型成员反射
而反射提供一种编程的方式，让程序员可以在程序运行期获得这几个组成部分的相关信息。
-
Assembly类
可以获得正在运行的装配件信息，也可以动态的加载装配件，以及在装配件中查找类型信息，并创建该类型的实例。 -
Type类
可以获得对象的类型信息，此信息包含对象的所有要素：方法、构造器、属性等等
通过Type类可以得到这些要素的信息，并且调用。 -
MethodInfo
包含方法的信息，通过这个类可以得到方法的名称、参数、返回值等等
并且可以调用。
诸如此类，还有FieldInfo、EventInfo等等，这些类都包含在System.Reflection命名空间下。
0.2 命名空间与装配件的关系
- 命名空间类似与Java的包，但又不完全等同
因为Java的包必须按照目录结构来放置，命名空间则不需要。 - 装配件是.Net应用程序执行的最小单位，编译出来的.dll、.exe都是装配件。
装配件和命名空间的关系不是一一对应，也不互相包含
一个装配件里面可以有多个命名空间，一个命名空间也可以在多个装配件中存在。
例如：
装配件A：
namespace N1
{
public class AC1 {…}
public class AC2 {…}
}
namespace N2
{
public class AC3 {…}
public class AC4{…}
}
装配件B：
namespace N1
{
public class BC1 {…}
public class BC2 {…}
}
namespace N2
{
public class BC3 {…}
public class BC4{…}
}
这两个装配件中都有N1和N2两个命名空间，而且各声明了两个类，这样是完全可以的
然后我们在一个应用程序中引用装配件A
那么在这个应用程序中，我们能看到N1下面的类为AC1和AC2，N2下面的类为AC3和AC4。
接着我们去掉对A的引用，加上对B的引用
那么我们在这个应用程序下能看到的N1下面的类变成了BC1和BC2，N2下面也一样。
如果我们同时引用这两个装配件
那么N1下面我们就能看到四个类：AC1、AC2、BC1和BC2。
装配件是一个类型 “居住” 的地方，那么在一个程序中要使用一个类，就必须告诉编译器这个类住在哪儿，编译器才能找到它，也就是说必须引用该装配件。
那么如果在编写程序的时候，也许不确定这个类在哪里，仅仅只是知道它的名称，就不能使用了吗？
答案是可以，这就是反射了，就是在程序运行的时候提供该类型的地址，而去找到它。
0.3 使用反射的情景
举个例子来说明：
很多软件开发者喜欢在自己的软件中留下一些接口，其他人可以编写一些插件来扩充软件的功能。
比如我有一个媒体播放器，我希望以后可以很方便的扩展识别的格式，那么我声明一个接口：
public interface IMediaFormat
{
string Extension {get;}
Decoder GetDecoder();
}
这个接口中包含一个Extension属性，这个属性返回支持的扩展名。
另一个方法返回一个解码器的对象（这里我假设了一个Decoder的类，这个类提供把文件流解码的功能，扩展插件可以派生之），通过解码器对象我就可以解释文件流。
那么我规定所有的解码插件都必须派生一个解码器，并且实现这个接口，在GetDecoder方法中返回解码器对象，并且将其类型的名称配置到我的配置文件里面。
这样的话，我就不需要在开发播放器的时侯知道将来扩展的格式的类型，只需要从配置文件中获取现在所有解码器的类型名称，而动态的创建媒体格式的对象，将其转换为IMediaFormat接口来使用。
这就是一个反射的典型应用。
1. 反射的用途
反射的作用：
-
它允许在运行时查看属性（attribute）信息。
-
它允许审查集合中的各种类型，以及实例化这些类型。
-
它允许延迟绑定的方法和属性（property）。
-
它允许在运行时创建新类型，然后使用这些类型执行一些任务。
-
可以使用反射动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象，或从现有对象中获取类型
-
应用程序需要在运行时从某个特定的程序集中载入一个特定的类型，以便实现某个任务时可以用到反射。
-
反射主要应用于类库，这些类库需要知道一个类型的定义，以便提供更多的功能。
应用要点：
- 使用反射动态绑定需要牺牲 性能
- 有些元数据信息是不能通过反射获取的
- 某些反射类型是专门为那些clr 开发编译器的开发使用的
所以你要意识到不是所有的反射类型都是适合每个人的。
2. 反射的使用
2.1 使用反射 获取程序集
该操作属于反射层级的第一层，程序集反射。
2.2 使用反射 获取类型
该操作属于反射层级的第二层，类型反射。
通过实例获取类型信息
这个时侯我仅仅是得到这个实例对象
得到的方式也许是一个object的引用，也许是一个接口的引用
但是我并不知道它的确切类型，我需要了解
那么就可以通过调用System.Object上声明的方法GetType来获取实例对象的类型对象。
比如在某个方法内，我需要判断传递进来的参数是否实现了某个接口，如果实现了，则调用该接口的一个方法：
- 判断是否是继承了某类
var className = "Text.TexeClass";
Type myType = Type.GetType(className);
if (myType != null)
{
Console.WriteLine("确实继承Text.TexeClass类");
}
- 判断是否继承了某接口
public void Process(object processObj)
{
Type t = processsObj.GetType();
if(t.GetInterface(“ITest”) !=null )
Console.WriteLine("确实实现了ITest接口");
}
通过类型名称字符串获取类型信息
Type t = Type.GetType(“System.String”);
在本装配件中类型可以只写类型名称
注意
要查找一个类，必须指定它所在的装配件
或者在已经获得的Assembly实例上面调用GetType。
一个例外是 mscorlib.dll，这个装配件中声明的类型也可以省略装配件名称。
.Net装配件编译的时候，默认都引用了mscorlib.dll，除非在编译的时候明确指定不引用它
比如：
- System.String 是在 mscorlib.dll 中声明的
Type t = Type.GetType(“System.String”)是正确的 - System.Data.DataTable 是在 System.Data.dll 中声明的
Type.GetType(“System.Data.DataTable”)就只能得到空引用。
Type t = Type.GetType("System.Data.DataTable,System.Data,Version=1.0.3300.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089");这样才可以
2.3 使用反射 动态创建对象
该操作属于反射层级的第二层，类型反射。
使用反射动态创建对象有两种方法：
- 使用 Activator.CreateInstance
- 使用 Assembly.CreateInstance
但实际上在底层都是使用 Activator.CreateInstance 来动态创建对象，所以只需要掌握一种即可，下面的内容都是 使用 Activator.CreateInstance 来动态创建对象
无参数构造
System.Activator提供了方法来根据类型动态创建对象
比如创建一个DataTable：
Type t = Type.GetType("System.Data.DataTable,System.Data,Version=1.0.3300.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089");
DataTable table = (DataTable)Activator.CreateInstance(t);
有参数构造
namespace TestSpace
{
public class TestClass
{
private string _value;
public TestClass(string value)
{
_value=value;
}
}
}
Type t = Type.GetType(“TestSpace.TestClass”);
Object[] constructParms = new object[] {“hello”}; //构造器参数
TestClass obj = (TestClass)Activator.CreateInstance(t,constructParms);
把参数按照顺序放入一个Object数组中即可
2.4 使用反射 操作类成员
该操作属于反射层级的第三层，类型成员反射。
该操作有三种方法
- 使用Type类的InvokeMember()方法
方法一案例 - 使用FieldInfo,MethodInfo…等类的Invoke方法
- 通过使用委托对反射进行优化
- 使用.NET 4.0出现了一个新的关键字：dynamic
综合考虑下来，代码精简度以及耗费时间，建议尽量使用dynamic关键字来处理反射。
下面主要讨论 方法2 与 方法4
2.4.1 方法2
namespace TestSpace
{
public class TestClass
{
private string _value;
public TestClass(){}
public TestClass(string value)
=> _value = value;
public string Value
{
set {_value=value;}
get
{
if(_value==null)return "NULL";
else return _value;
}
}
public string GetValue(stringprefix)
{
if(_value==null) return "NULL";
else return prefix+" : "+_value;
}
}
}
上面是一个简单的TestClass类，包含：
- 一个默认构造函数
- 一个有参数的构造函数
- 一个_value字段
- 一个Value属性
- 一个GetValue的方法
-
获取程序集
Assembly ass = Assembly.Load("TestDll"); -
获取类型信息
Type myType = ass.GetType("TestSpace.TestClass"); -
根据类型创建对象
object[] constuctParms = new object[]{"timmy"}; object dObj = Activator.CreateInstance(myType,constuctParms); -
操作类成员
-
类字段
使用 FieldInfo 类 访问修改类对象的字段
官方文档// 获取对象指定字段 FieldInfo mfi = myType.GetField("_value"); // 获取字段值 mfi.GetVaL(); // 更改字段值 mfi.SetVal(dObj,"ok"); -
类属性
使用 PropertyInfo 类 访问修改类对象的属性
官方文档PropertyInfo mpi = myType.GetProperty("Value",typeof(string)); mpi.SetValue(dObj,"ok",null); PropertyInfo mpi2 = myType.GetProperty("Value"); Console.WriteLine(mpi2.GetValue(dObj,null)); -
类方法
使用 MethodInfo 类 调用类对象的方法
官方文档//获取方法的信息 MethodInfo method = myType.GetMethod("GetValue"); //调用方法的一些标志位，这里的含义是Public并且是实例方法，这也是默认的值 BindingFlags flag = BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance; //GetValue方法的参数 object[] parameters = new object[]{"Hello"}; //调用方法，用一个object接收返回值 object returnValue = method.Invoke(dObj,flag,Type.DefaultBinder,parameters,null);
2.4.2 方法4 - 关键字dynamic
官方文档
教程
性能较好，速度快
-
获取程序集
Assembly ass = Assembly.Load("TestDll"); -
获取类型信息
Type myType = ass.GetType("TestSpace.TestClass"); -
根据类型创建对象
object[] constuctParms = new object[]{"timmy"}; dynamic dObj = Activator.CreateInstance(myType,constuctParms); -
操作类成员
使用了 dynamic 后可以和普通对象一样通过.使用类对象成员
dObj._value = "good";
2.6 动态创建委托
委托是C#中实现事件的基础，有时候不可避免的要动态的创建委托，实际上委托也是一种类型：System.Delegate，所有的委托都是从这个类派生的
System.Delegate提供了一些静态方法来动态创建一个委托，比如一个委托：
namespace TestSpace
{
delegate string TestDelegate(string value);
public class TestClass
{
public TestClass(){}
public void GetValue(string value)
=> return value;
}
}
使用示例：
TestClass obj = new TestClass();
//获取类型，实际上这里也可以直接用typeof来获取类型
Type t = Type.GetType(“TestSpace.TestClass”);
//创建代理，传入类型、创建代理的对象以及方法名称
TestDelegate method =(TestDelegate)Delegate.CreateDelegate(t,obj,”GetValue”);
String returnValue = method(“hello”);
3. 反射中主要用到的类
System.reflection命名空间包含的几个类，允许你反射（解析）这些元数据表的代码
- System.Reflection.Assembly
使用Assembly定义和加载程序集
加载在程序集清单中列出模块,以及从此程序集中查找类型并创建该类型的实例。 - System.Reflection.MemberInfo
- System.Reflection.EventInfo
了解事件的名称、事件处理程序数据类型、自定义属性、声明类型和反射类型等,添加或移除事件处理程序 - System.Reflection.FieldInfo
了解字段的名称、访问修饰符(如public或private)和实现详细信息(如static)等
并获取或设置字段值。 - System.Reflection.MethodBase
- System.Reflection.ConstructorInfo
使用ConstructorInfo了解构造函数的名称、参数、访问修饰符(如pulic 或private)和实现详细信息(如abstract或virtual)等。 - System.Reflection.MethodInfo
了解方法的名称、返回类型、参数、访问修饰符(如pulic 或private)和实现详细信息(如abstract或virtual)等。 - System.Reflection.PropertyInfo
了解属性的名称、数据类型、声明类型、反射类型和只读或可写状态等,获取或设置属性值 - System.Type
- ParameterInfo
了解参数的名称、数据类型、是输入参数还是输出参数
以及参数在方法签名中的位置等。 - Module
了解包含模块的程序集以及模块中的类等
还可以获取在模块上定义的所有全局方法或其他特定的非全局方法。
3.1 System.Type 类
官方文档
通过这个类可以访问任何给定数据类型的信息。
System.Type 类对于反射起着核心的作用。
但它是一个抽象的基类,Type有与每种数据类型对应的派生类,我们使用这个派生类的对象的方法、字段、属性来查找有关该类型的所有信息。
获取Type的方法
获取给定类型的Type引用有3种常用方式:
- 使用 typeof运算符
Type t = typrof(string);
该字符串必须指定类型的完整名称（包括其命名空间） - 使用对象 GetType()方法
string s; Type t = s.GetType(); - 使用Type 静态方法GetType()
Type t = Type.GetType("System.String");
Type类的常用属性
| 属性名称 | 属性类型 | 含义 |
|---|---|---|
| Name | string | 数据类型名 |
| FullName | string | 数据类型的完全限定名(包括命名空间名) |
| Namespace | string | 定义数据类型的命名空间名 |
| IsAbstract | bool | 指示该类型是否是抽象类型 |
| IsArray | bool | 指示该类型是否是数组 |
| IsClass | bool | 指示该类型是否是类 |
| IsEnum | bool | 指示该类型是否是枚举 |
| IsInterface | bool | 指示该类型是否是接口 |
| IsPublic | bool | 指示该类型是否是公有的 |
| IsSealed | bool | 指示该类型是否是密封类 |
| IsValueType | bool | 指示该类型是否是值类型 |
Type类的方法
GetConstructor()
GetConstructors()
返回ConstructorInfo类型,用于取得该类的构造函数的信息GetEvent()
GetEvents()
返回EventInfo类型,用于取得该类的事件的信息GetField()
GetFields()
返回FieldInfo类型,用于取得该类的字段(成员变量)的信息GetInterface()
GetInterfaces()
返回InterfaceInfo类型,用于取得该类实现的接口的信息GetMember()
GetMembers()
返回MemberInfo类型,用于取得该类的所有成员的信息GetMethod()
GetMethods()
返回MethodInfo类型,用于取得该类的方法的信息GetProperty()
GetProperties()
返回PropertyInfo类型,用于取得该类的属性的信息可以调用这些成员
其方式是调用Type的InvokeMember()方法,或者调用MethodInfo, PropertyInfo和其他类的Invoke()方法。
3.2 System.Reflection.Assembly类
Assembly类可以获得程序集的信息,也可以动态的加载程序集,以及在程序集中查找类型信息,并创建该类型的实例。
使用Assembly类可以降低程序集之间的耦合,有利于软件结构的合理化。
获取Assembly对象的方法
-
通过程序集名称返回Assembly对象
Assembly ass = Assembly.Load("ClassLibrary831");
load方法有多个重载，还可以通过流的方式获取程序集 -
通过DLL文件名称返回Assembly对象
Assembly ass = Assembly.LoadFile("ClassLibrary831.dll");
LoadFile这个方法的参数是程序集的绝对路径，通过点击程序集shift+鼠标右键复制路径即可。
在项目中，主要用来取相对路径，因为很多项目的程序集会被生成在一个文件夹里，此时取相对路径不容易出错。 -
通过Assembly获取程序集中类
Type t = ass.GetType("ClassLibrary831.NewClass");//参数必须是完全类名：命名空间+类名
-
通过Assembly获取程序集中所有的类
Type[] t = ass.GetTypes();
4. 反射的性能
反射性能测试
使用反射来调用类型或者触发方法，或者访问一个字段或者属性时clr 需要做更多的工作(校验参数，检查权限等等)所以速度是非常慢的。
所以尽量不要使用反射进行编程。
对于打算编写一个动态构造类型（晚绑定）的应用程序，可以采取以下的几种方式进行代替：
- 通过类的继承关系。
让该类型从一个编译时可知的基础类型派生出来，在运行时生成该类型的一个实例，将对其的引用放到其基础类型的一个变量中，然后调用该基础类型的虚方法。 - 通过接口实现。
在运行时，构建该类型的一个实例，将对其的引用放到其接口类型的一个变量中，然后调用该接口定义的虚方法。 - 通过委托实现。
让该类型实现一个方法，其名称和原型都与一个在编译时就已知的委托相符。
在运行时先构造该类型的实例，然后在用该方法的对象及名称构造出该委托的实例，接着通过委托调用你想要的方法。
这个方法相对与前面两个方法所作的工作要多一些，效率更低一些。
参考
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/reflection
https://zhuanlan.zhihu.com/p/41282759
https://www.sohu.com/a/363591840_468635
https://www.cnblogs.com/vaevvaev/p/6995639.html
https://www.cnblogs.com/loveleaf/p/9923970.html