[原创]深入理解C# 3.x的新特性（2）：Extension Method - Part II

四、Extension Method的本质

通过上面一节的介绍，我们知道了在C#中如何去定义一个Extension Method：它是定义在一个Static class中的、第一个Parameter标记为this关键字的Static Method。在这一节中，我们来进一步认识Extension Method。

和C# 3.0的其他新特性相似，Extension Method仅仅是C#这种.NET Programming Language的新特性而已。我们知道，C#是一种典型的编译型的语言，我们编写的Source Code必须先经过和C# Compiler编译成Assembly，才能被CLR加载，被JIT 编译成Machine Instruction并最终被执行。C# 3.0的这些新的特性大都影响Source被C# Compiler编译成Assembly这个阶段，换句话说，这些新特仅仅是Compiler的新特性而已。通过对Compiler进行修正，促使他将C# 3.0引入的新的语法编译成相对应的IL Code，从本质上看，这些IL Code 和原来的IL并没有本质的区别。所有当被编译生成成Assembly被CLR加载、执行的时候，CLR是意识不到这些新的特性的。

从Extension Method的定义我们可看出，Extension Method本质上是一个Static Method。但是我们往往以Instance Method的方式进行调用。C# Compiler的作用很明显：把一个以Instance Method方式调用的Source Code编译成的于对应于传统的Static Method调用的IL Code。

虽然Extension Method本质上仅仅是一个Static Class的Static Method成员，但是毕竟和传统的Static Method有所不同：在第一个Parameter前加了一个this关键字。我们现在来看看他们之间的细微的差异。我们先定义一个一般的Static Method：

<!--<br /> <br /> Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)<br /> http://www.CodeHighlighter.com/<br /> <br /> --> public static VectorAdds(Vectorv,Vectorv1)
{
return new Vector{X = v.X + v1.X,Y = v.Y + v1.Y};
}

注：Vector的定义参见《深入理解C# 3.0的新特性（2）：Extension Method - Part I》。

我们来看看通过Compiler进行编译生成的IL：

<!--<br /> <br /> Code highlighting produced by Actipro CodeHighlighter (freeware)<br /> http://www.CodeHighlighter.com/<br /> <br /> --> .method private hidebysig static void Main( string []args)cilmanaged
{
.entrypoint
// Codesize50(0x32)
.maxstack 2
.localsinit([ 0 ] class Artech.ExtensionMethod.Vectorv,
[ 1 ] class Artech.ExtensionMethod.Vector ' <>g__initLocal0 ' )
IL_0000:nop
IL_0001:newobjinstance void Artech.ExtensionMethod.Vector::.ctor()
IL_0006:stloc. 1
IL_0007:ldloc. 1
IL_0008:ldc.r8 1 .
IL_0011:callvirtinstance void Artech.ExtensionMethod.Vector::set_X(float64)
IL_0016:nop
IL_0017:ldloc. 1
IL_0018:ldc.r8 2 .
IL_0021:callvirtinstance void Artech.ExtensionMethod.Vector::set_Y(float64)
IL_0026:nop
IL_0027:ldloc. 1
IL_0028:stloc. 0
IL_0029:ldloc. 0
IL_002a:ldloc. 0
IL_002b:call class Artech.ExtensionMethod.VectorArtech.ExtensionMethod.Extension::Adds( class Artech.ExtensionMethod.Vector,
class Artech.ExtensionMethod.Vector)
IL_0030:stloc. 0
IL_0031:ret
} // endofmethodProgram::Main

对了解IL的人来说，对上面的IL code应该很容易理解。

我们再来看看对于通过下面的方式定义的Extension Method：

public static class Extension
{
publicstaticVectorAdds(thisVectorv,Vectorv1)
{
returnnewVector{X=v.X+v1.X,Y=v.Y+v1.Y};
}
}

对于得IL如下：

.method public hidebysig static class Artech.ExtensionMethod.Vector
Adds( class Artech.ExtensionMethod.Vectorv,
class Artech.ExtensionMethod.Vectorv1)cilmanaged
{
.custominstancevoid[System.Core]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute::.ctor()=(01000000)
//Codesize53(0x35)
.maxstack3
.localsinit([0]classArtech.ExtensionMethod.Vector'<>g__initLocal0',
[1]classArtech.ExtensionMethod.VectorCS$1$0000)
IL_0000:nop
IL_0001:newobjinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::.ctor()
IL_0006:stloc.0
IL_0007:ldloc.0
IL_0008:ldarg.0
IL_0009:callvirtinstancefloat64Artech.ExtensionMethod.Vector::get_X()
IL_000e:ldarg.1
IL_000f:callvirtinstancefloat64Artech.ExtensionMethod.Vector::get_X()
IL_0014:add
IL_0015:callvirtinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::set_X(float64)
IL_001a:nop
IL_001b:ldloc.0
IL_001c:ldarg.0
IL_001d:callvirtinstancefloat64Artech.ExtensionMethod.Vector::get_Y()
IL_0022:ldarg.1
IL_0023:callvirtinstancefloat64Artech.ExtensionMethod.Vector::get_Y()
IL_0028:add
IL_0029:callvirtinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::set_Y(float64)
IL_002e:nop
IL_002f:ldloc.0
IL_0030:stloc.1
IL_0031:br.sIL_0033
IL_0033:ldloc.1
IL_0034:ret
} // endofmethodExtension::Adds

通过比较，我们发现和上面定义的一般的Static Method生成的IL唯一的区别就是：在Adds方法定义最开始添加了下面一段代码：

.custominstance void [System.Core]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 )

这段添加的IL代码很明显，就是在Adds方法上添加一个Customer Attribute：System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute。ExtensionAttribute具有如下的定义：

[AttributeUsage(AttributeTargets.Method | AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Assembly)]
public sealed class ExtensionAttribute:Attribute
{
}

所以下面Extension Method的定义

public static VectorAdds( this Vectorv,Vectorv1)
{
returnnewVector{X=v.X+v1.X,Y=v.Y+v1.Y};
}

和下面的定义是等效的

[ExtensionAttribute]
public static VectorAdds(Vectorv,Vectorv1)
{
returnnewVector{X=v.X+v1.X,Y=v.Y+v1.Y};
}

但是，System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute和其他Custom Attribute不一样，因为它是为了Extension Method的而定义的，我们只能通过添加this Key word的语法来定义Extension Method。所以当我们将System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute直接运用到Adds方法会出现下面的Compile Error：

Donotuse ' System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute ' .Usethe ' this ' keywordinstead.

上面我们比较了Extension Method本身IL和一般Static Method IL，现在我们看看当我们以Instance Method方式调用Extension Method的IL。假设我们通过下面的方式调用Adds。　

class Program
{
staticvoidMain(string[]args)
{
varv=newVector{X=1,Y=2};
v=v.Adds(v);
}
}

下面是Main Method的IL：

.method private hidebysig static void Main( string []args)cilmanaged
{
.entrypoint
//Codesize50(0x32)
.maxstack2
.localsinit([0]classArtech.ExtensionMethod.Vectorv,
[1]classArtech.ExtensionMethod.Vector'<>g__initLocal0')
IL_0000:nop
IL_0001:newobjinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::.ctor()
IL_0006:stloc.1
IL_0007:ldloc.1
IL_0008:ldc.r81.
IL_0011:callvirtinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::set_X(float64)
IL_0016:nop
IL_0017:ldloc.1
IL_0018:ldc.r82.
IL_0021:callvirtinstancevoidArtech.ExtensionMethod.Vector::set_Y(float64)
IL_0026:nop
IL_0027:ldloc.1
IL_0028:stloc.0
IL_0029:ldloc.0
IL_002a:ldloc.0
IL_002b:callclassArtech.ExtensionMethod.VectorArtech.ExtensionMethod.Extension::Adds(classArtech.ExtensionMethod.Vector,
classArtech.ExtensionMethod.Vector)
IL_0030:stloc.0
IL_0031:ret
} // endofmethodProgram::Main

通过上面的IL，我们看到调用的是Artech.ExtensionMethod.Extension的Adds方法。

IL_002b:call class Artech.ExtensionMethod.VectorArtech.ExtensionMethod.Extension::Adds( class Artech.ExtensionMethod.Vector,
class Artech.ExtensionMethod.Vector)

通过对IL的分析，我们基本上看出了Extension Method的本质。我们再来简单描述一下对Compiler的编译过程：当Compiler对Adds方法的调用进行编译的过程的时候，它必须判断这个Adds方式是Vector Type的成员还是以Extension Method的方式定义。Extension Method的优先级是最低的，只有确定Vector中没有定义相应的Adds方法的时候，Compiler才会在引用的Namespace中查看这些Namespace中是否定义有对应的Adds Extension Method的Static Class。找到后作进行相应的编译，否则出现编译错误。

五、一个完整的Extension Method的Sample

在介绍了Extension Method的本质之后，我们通过一个相对完整的Sample进一步了解Extension Method的运用，通过这个Sample，我们还可以粗略了解LINQ的原理。

C# 3.0为LINQ定义了一系列的Operator：select， from，where，orderby..., 促使我们按照OO的方式来处理各种各样的数据，比如XML，Relational DB Data，C#中IEnumeratable<T> Object。比如：

varnames = new List < string > {"TomCruise","TomHanks","AlPacino","HarrisonFord"} ;
varresult = names.Where(name => name.StartsWith( " Tom " ));
foreach (varname in result)
{
Console.WriteLine(name);
}

我们通过上面的Code,从一系列的姓名列表中（"Tom Cruise", "Tom Hanks", "Al Pacino", "Harrison Ford"）筛选名字（First Name）为Tom的姓名。通过Where Operator，传入一个以Lambda Expression表示的筛选条件（name => name.StartsWith("Tom")）。Where Operator就是通过Extension Method的方式定义的。

在这里提供的Sample就是定义一个完成Where Operator相同功能的Operator，我们把这个Operator起名为When。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Collections;

namespace Artech.ExtensionMethod
{
publicdelegateTResultFunction<Tparam,TResult>(Tparamparam);

publicstaticclassExtension
{
publicstaticIEnumerable<TSource>When<TSource>(thisIEnumerable<TSource>source,Function<TSource,bool>predicate)
{
returnnewWhenEnumerator<TSource>(source,predicate);
}

}

publicclassWhenEnumerator<TSource>:IEnumerable<TSource>,IEnumerator<TSource>
{
privateIEnumerable<TSource>_source;
privateFunction<TSource,bool>_predicate;
privateIEnumerator<TSource>_sourceEnumerator;

publicWhenEnumerator(IEnumerable<TSource>source,Function<TSource,bool>predicate)
{
this._source=source;
this._predicate=predicate;
this._sourceEnumerator=this._source.GetEnumerator();
}

IEnumerable<tsource>Members</tsource>#regionIEnumerable<TSource>Members

publicIEnumerator<TSource>GetEnumerator()
{
returnnewWhenEnumerator<TSource>(this._source,this._predicate);
}

#endregion

IEnumerableMembers#regionIEnumerableMembers

IEnumeratorIEnumerable.GetEnumerator()
{
thrownewException("Themethodoroperationisnotimplemented.");
}

#endregion

IEnumerator<tsource>Members</tsource>#regionIEnumerator<TSource>Members

publicTSourceCurrent
{
get{returnthis._sourceEnumerator.Current;}
}

#endregion

IDisposableMembers#regionIDisposableMembers

<spa

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跳棋被搞定了 | 创业中的职业道德—leo看赢在中国(1)

• 2007-07-19 13:21
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