IL角度理解C#中字段，属性与方法的区别
1.字段，属性与方法的区别
字段的本质是变量，直接在类或者结构体中声明。类或者结构体中会有实例字段，静态字段等（静态字段可实现内存共享功能，比如数学上的pi就可以存在静态字段）。一般来说字段应该带有private 或者 protected访问属性。一般来说字段需要通过类中的方法，或者属性来暴露给其他类。通过限制间接访问内部字段，来保护输入数据的安全。
属性的本质是类的一个成员，它提供了私有字段读，写，计算值的灵活机制。属性如果是数据成员能直接被使用，但本质是特殊方法，我们称之为访问器。它的作用是使得数据访问更容易，数据更安全，方法访问更灵活。属性使得类暴露了get,set公有方法，它隐藏了实现，get属性访问器，用来返回属性值，set属性访问器，用来设置值。综上，属性的本质是一对方法的包装，get,set。
他们是完全不同的语言元素。字段是类里保存数据的基本单元（变量），属性不能保存。
需要创建属性来控制私有变量（字段）基于对象的读写访问控制。
一个字段给其他类访问，只有两种方法，字段的访问属性修改为public，不建议，因为字段是可读可写的，无法阻止用户写某些字段，比如出生日期，只读不可写，使用属性。
字段不能抛出异常，调用方法，属性可以。
在属性里， Set 或者 Get 方法由编译器预定义好了。
- 字段，属性与方法的IL代码
2.1 C#代码
主程序
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person Tom = new Person();
Tom.SayHello();
Console.WriteLine("{0}", Tom.Name);
}
}
Person类
public class Person
{
private string _name;
public string _firstName;
public string Name
{
get
{
// return _name;
return "Hello";
}
set
{
_name = value;
}
}
public int Age{get;private set;} //AutoProperty generates private field for us
public void SayHello()
{
Console.WriteLine("Hello World!");
}
}
2.2 IL代码分析
2.2.1 字段的IL代码
可以看到字段的IL代码的关键字是 field。
.field private string _name
.field public string _firstName
2.2.2 属性的IL代码
2.2.2.1 属性
属性的IL关键字即是property。
.property instance string Name()
{
.get instance string FieldPropertyMethod.Person::get_Name()
.set instance void FieldPropertyMethod.Person::set_Name(string)
} // end of property Person::Name
点到对应的get,set访问器。
.method public hidebysig specialname instance string
get_Name() cil managed
{
.maxstack 1
.locals init (
[0] string V_0
)
IL_0000: nop
IL_0001: ldstr "Hello"
IL_0006: stloc.0 // V_0
IL_0007: br.s IL_0009
IL_0009: ldloc.0 // V_0
IL_000a: ret
} // end of method Person::get_Name
.method public hidebysig specialname instance void
set_Name(
string 'value'
) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: nop
IL_0001: ldarg.0 // this
IL_0002: ldarg.1 // 'value'
IL_0003: stfld string FieldPropertyMethod.Person::_name
IL_0008: ret
} // end of method Person::set_Name
从上可以看出get,set访问器的本质就是方法(method).由上属性就是对get,set两种方法及其访问特性的封装。由此可见，属性就是对get，set方法的封装。
2.2.2.2 自动生成属性
a. 自动生成属性代码
代码量小，实用，此语法从C#3.0开始定义自动属性
public int Age{get;private set;}
b. 自动生成属性的IL代码分析
.property instance int32 Age()
{
.get instance int32 FieldPropertyMethod.Person::get_Age()
.set instance void FieldPropertyMethod.Person::set_Age(int32)
} // end of property Person::Age
} // end of class FieldPropertyMethod.Person
由上可以看出，其IL代码证明也是属性。继续看get，set字段属性方法。
.method public hidebysig specialname instance int32
get_Age() cil managed
{
.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor()
= (01 00 00 00 )
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0 // this
IL_0001: ldfld int32 FieldPropertyMethod.Person::'k__BackingField'
IL_0006: ret
} // end of method Person::get_Age
.method private hidebysig specialname instance void
set_Age(
int32 'value'
) cil managed
{
.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor()
= (01 00 00 00 )
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0 // this
IL_0001: ldarg.1 // 'value'
IL_0002: stfld int32 FieldPropertyMethod.Person::'k__BackingField'
IL_0007: ret
} // end of method Person::set_Age
k__BackingField 即是属性背后的字段变量，这是编译器自动生成的后台字段。由此自动属性与我们自己定义的属性功能一模一样。
2.2.3 方法的IL代码分析
IL代码中的关键字method即表示方法。
.method public hidebysig instance void
SayHello() cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: nop
IL_0001: ldstr "Hello World!"
IL_0006: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)
IL_000b: nop
IL_000c: ret
} // end of method Person::SayHello
备注：本IL代码由rider的IL View功能产生
3 属性的功能
3.1 设置只读属性
像出生年月这种只读不能写的属性，易用属性。
public datetime birthday{get;private set;}
3.2 调用方法
在属性Count中调用CalculateNoOfRows方法；
public class Rows
{
private string _count;
public int Count
{
get
{
return CalculateNoOfRows();
}
}
public int CalculateNoOfRows()
{
// Calculation here and finally set the value to _count
return _count;
}
}
3.3 赖加载
有些数据加载的功能可以放在属性中加载，不放在构造函数中，以此来加快对象创建的速度。
3.4 接口继承
可以对接口里的属性进行继承，而字段不行；
3.5 属性做个简单的校验
class Name
{
private string MFullName="";
private int MYearOfBirth;
public string FullName
{
get
{
return(MFullName);
}
set
{
if (value==null)
{
throw(new InvalidOperationException("Error !"));
}
MFullName=value;
}
}
public int YearOfBirth
{
get
{
return(MYearOfBirth);
}
set
{
if (MYearOfBirth<1900 || MYearOfBirth>DateTime.Now.Year)
{
throw(new InvalidOperationException("Error !"));
}
MYearOfBirth=value;
}
}
public int Age
{
get
{
return(DateTime.Now.Year-MYearOfBirth);
}
}
public string FullNameInUppercase
{
get
{
return(MFullName.ToUpper());
}
}
}
例子而已，ddd中一般来说值对象来定义，校验也同样会放在值对象中。
3.6 属性中调用事件
public class Person {
private string _name;
public event EventHandler NameChanging;
public event EventHandler NameChanged;
public string Name{
get
{
return _name;
}
set
{
OnNameChanging();
_name = value;
OnNameChanged();
}
}
private void OnNameChanging(){
NameChanging?.Invoke(this,EventArgs.Empty);
}
private void OnNameChanged(){
NameChanged?.Invoke(this,EventArgs.Empty);
}
4 字段的优越性
字段作为属性的存储基元功用之外，还有没有应用场景是性能超越属性的呢？答案是肯定的，字段作为ref/out参数时，性能更优异，
下面举一例。
4.1 属性赋值代码
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
#region 属性性能测试
Point[] points = new Point[1000000];
Initializ(points);
var bigRunTime = DateTime.Now;
for (int i = 0; i < points.Length; i++)
{
int x = points[i].X;
int y = points[i].Y;
TransformPoint(ref x, ref y);
points[i].X = x;
points[i].Y = y;
}
var endRunTime = DateTime.Now;
var timeSpend=ExecDateDiff(bigRunTime,endRunTime);
Console.WriteLine("变换后首元素坐标：{0},{1}",points[0].X,points[0].Y);
Console.WriteLine("程序执行花费时间：{0}",timeSpend);
#endregion
}
/// 程序执行时间测试
/// </summary>
/// <param name="dateBegin">开始时间</param>
/// <param name="dateEnd">结束时间</param>
/// <returns>返回(秒)单位，比如: 0.00239秒</returns>
public static string ExecDateDiff(DateTime dateBegin, DateTime dateEnd)
{
TimeSpan ts1 = new TimeSpan(dateBegin.Ticks);
TimeSpan ts2 = new TimeSpan(dateEnd.Ticks);
TimeSpan ts3 = ts1.Subtract(ts2).Duration();
//你想转的格式
return ts3.TotalMilliseconds.ToString();
}
static Point[] Initializ(Point[] points)
{
for (int i = 0; i < points.Length; i++)
{
points[i] =new Point();
points[i].X = 1;
points[i].Y = 2;
}
Console.WriteLine("首元素坐标：{0},{1}",points[0].X,points[0].Y);
return points;
}
static void TransformPoint(ref int x, ref int y)
{
x = 3;
y = 4;
}
}
public class Point
{
public int X { get; set; }
public int Y { get; set; }
}
这里属性为什么不能直接绑定ref参数呢？rider的智能提示给我们做了解答
翻译过来的意思是属性返回的是临时变量，ref需要绑定特定的变量，如字段，数组元素等。
属性拷贝需要的时间：
花费时间大约是31ms。
4.2 字段赋值
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
#region 字段性能测试
PointField[] points = new PointField[1000000];
InitializField(points);
var bigRunTime = DateTime.Now;
for (int i = 0; i < points.Length; i++)
{
TransformPoint(ref points[i].X, ref points[i].Y);
}
var endRunTime = DateTime.Now;
var timeSpend=ExecDateDiff(bigRunTime,endRunTime);
Console.WriteLine("变换后首元素坐标：{0},{1}",points[0].X,points[0].Y);
Console.WriteLine("字段赋值执行花费时间：{0}",timeSpend);
#endregion
}
/// 程序执行时间测试
/// </summary>
/// <param name="dateBegin">开始时间</param>
/// <param name="dateEnd">结束时间</param>
/// <returns>返回(秒)单位，比如: 0.00239秒</returns>
public static string ExecDateDiff(DateTime dateBegin, DateTime dateEnd)
{
TimeSpan ts1 = new TimeSpan(dateBegin.Ticks);
TimeSpan ts2 = new TimeSpan(dateEnd.Ticks);
TimeSpan ts3 = ts1.Subtract(ts2).Duration();
//你想转的格式
return ts3.TotalMilliseconds.ToString();
}
static PointField[] InitializField(PointField[] points)
{
for (int i = 0; i < points.Length; i++)
{
points[i] =new PointField();
points[i].X = 1;
points[i].Y = 2;
}
Console.WriteLine("首元素坐标：{0},{1}",points[0].X,points[0].Y);
return points;
}
static void TransformPoint(ref int x, ref int y)
{
x = 3;
y = 4;
}
}
public class PointField
{
public int X;
public int Y;
}
综上，使用字段的性能比使用属性性能提升了38.7%（31-19/31=38.7%），很可观。
究其原因，属性开辟了临时变量作为中转进行了深拷贝，而字段则是直接对地址（指针）进行解引用，直接赋值。
出赋值速度提升外，字段不需开辟临时内存，更加节省内存。
5 小技巧
在vs中prop 按tab键可自动生成属性
6 ref引用的本质
写在文末，也算是本文的彩蛋。该方法的形参通过关键字ref将变量设置成了引用。
static void TransformPoint(ref int x, ref int y)
{
x = 3;
y = 4;
}
引用ref的IL代码
.method private hidebysig static void
TransformPoint(
int32& x,
int32& y
) cil managed
对没错，你看到了&，熟悉C语言的道友c#教程知道，在这里是取了传入整形变量的地址。所以在方法里进行解引用赋值，就能改变形参的值，
本质就是通过指针（传入变量的地址）来对形参值的修改。
gitHub代码地址
参考文章：
What is the difference between a field and a property?
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