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结合il追踪custom attribute的实现

王朝c#·作者佚名  2006-12-17
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对于custom attribute这个东西,我有很长一段时间都很糊涂,后来结合il才大概有了一点点理解,在这里通过一个例子结合il代码说说我的看法,顺便和大家交流一下。

用c#写的例子如下:

using System;

01: namespace AttriTest

02: {

03: class MainTest

04: {

05: static void Main(string[] args)

06: {

07:

08: Color br=Color.red | Color.green;

09:

10: Console.WriteLine(br.ToString());

11: Console.Read();

12: }

13: }

14: [Flags]

15: enum Color

16: {

17: red=0x001,

18: blue=0x002,

19: green=0x004,

20: }

21: }

显然,使用到custom attribute的是14行[Flags],它等价于[FlagsAttribute],在c#中允许省略其中的Attribute后缀。首先强调一点,在这里引用的类是System.FlagsAttribute,它只不过是一个class,除了继承自System.Attribute外,和其他的类没有任何区。

[Flags]的作用大家应该很清楚,那就是把Color枚举类修饰为“位标记”。从行为上可以看出这一点,上面这段代码的运行结果是

red,green

clr知道我们的Color类是“位标记”的,所以0x005就表示既有红又有绿。如果我们去掉14行,那么运行结果为

5

说明对于一个普通的枚举来说,5是一个没有定义的值,只好返回数值了。

那么clr是怎么做到这一点的呢?从c#代码上看不出什么名堂,只好从il代码上来看了。先看Main函数的代码:

.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed

{

.entrypoint

.maxstack 1

.locals init ([0] valuetype AttriTest.Color 'br')

IL_0000: ldc.i4.5

IL_0001: stloc.0

IL_0002: ldloc.0

IL_0003: box AttriTest.Color

IL_0008: call instance string [mscorlib]System.Enum::ToString()

IL_000d: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)

IL_0012: call int32 [mscorlib]System.Console::Read()

IL_0017: pop

IL_0018: ret

} // end of method MainTest::Main

从IL_0000行可以看出,编译器把枚举值当作常数来处理,所以直接把 Color.red | Color.green 的值5赋給了内部变量[0],即br,然后装箱,并调用Enum::ToString()。这一系列操作中,[Flags]起作用的地方只在最后这个ToString().

System.Enum类定义在mscorlib.dll程序集里,ToString()的代码如下

.method public hidebysig virtual instance string

ToString() cil managed

{

.maxstack 3

.locals (class System.Type V_0,

class System.Reflection.FieldInfo V_1,

object V_2)

IL_0000: ldarg.0

IL_0001: call instance class System.Type System.Object::GetType()

IL_0006: stloc.0

IL_0007: ldloc.0

IL_0008: call class System.Reflection.FieldInfo System.Enum::GetValueField(class System.Type)

IL_000d: stloc.1

IL_000e: ldloc.1

IL_000f: castclass System.Reflection.RuntimeFieldInfo

IL_0014: ldarg.0

IL_0015: ldc.i4.0

IL_0016: callvirt instance object System.Reflection.RuntimeFieldInfo::InternalGetValue(object,

bool)

IL_001b: stloc.2

IL_001c: ldloc.0

IL_001d: ldloc.2

IL_001e: call string System.Enum::InternalFormat(class System.Type,

object)

IL_0023: ret

} // end of method Enum::ToString

通篇都没有FlagsAttribute的影子,前面的代码获取枚举类型内部的私有字段"value__"的值,最后又把操作交给了另一个函数Enum::InternalFormat(Type,object),由他来完成最后的将值转换成字符串的操作。

.method private hidebysig static string InternalFormat(class System.Type eT,

object 'value') cil managed

{

.maxstack 3

.locals (string V_0)

IL_0000: ldarg.0

IL_0001: ldtoken System.FlagsAttribute

IL_0006: call class System.Type System.Type::GetTypeFromHandle(valuetype System.RuntimeTypeHandle)

IL_000b: ldc.i4.0

IL_000c: callvirt instance bool System.Reflection.MemberInfo::IsDefined(class System.Type,

bool)

IL_0011: brtrue.s IL_0027

IL_0013: ldarg.0

IL_0014: ldarg.1

IL_0015: call string System.Enum::InternalGetValueAsString(class System.Type,

object)

IL_001a: stloc.0

IL_001b: ldloc.0

IL_001c: brtrue.s IL_0025

IL_001e: ldarg.1

IL_001f: callvirt instance string System.Object::ToString()

IL_0024: ret

IL_0025: ldloc.0

IL_0026: ret

IL_0027: ldarg.0

IL_0028: ldarg.1

IL_0029: call string System.Enum::InternalFlagsFormat(class System.Type,

object)

IL_002e: ret

} // end of method Enum::InternalFormat

IL_0000行先将参数[0]入栈,这个参数是一个System.Type对象,代表我们定义的枚举类。IL_0001行有一个叫ldtoken的il指令,关于这个指令的作用,.NET Framework SDK 文档上的解释是“将元数据标记转换为其运行时表示形式,传递的标记被转换为 RuntimeHandle 并被推送到堆栈上。”这里的RuntimeHandle是RuntimeTypeHandle,这是一个值类型,核心是一个32位的整数,所以这个指令的作用是得到一个类似于Win32中常说的句柄的东西,标识FlagsAtrribute类的元数据,下一行,IL_0006通过这个句柄获取一个标识FlagsAttribute类的Type对象。最后IL_000c行是核心,它通过调用MemberInfo::IsDefine(Type,bool)函数来检测我们定义的枚举类型有没有附带FlagsAttribute。这个函数是一个实例函数,所以一共有三个参数,第一个参数是IL_0000行入栈的,类型为System.Type(注意:System.Type继承自System.Reflection.MemberInfo),当我们这个例子运行到这里时它指向类型AttriTest.Color,第二个参数是IL_0006行入栈的,类型也是System.Type,现在它指向FlagsAttribute,最后一个参数是bool类型的,在IL_000b行入栈,值为0 (false),告诉IsDefine函数,不用搜索继承链。最后从IL_0011行可看出,如果我们的Color类型定义了FlagsAttribute,它将调用InternalFlagsFormat函数,否则将直接调用InternalGetValueAsString函数,到这就可以看出FlagsAttribute的作用了。

下一个问题就是IsDefined是如何实现的,即clr是怎么知道一个类是否定义了某个custom attribute。我沿着调用路线往上走,却发现MemberInfo本身的IsDefined函数是一个abstract函数,没有任何代码,而Type类也没有重写这个函数,倒是Type的每个继承类都重写了这个函数。仔细追究上面的代码,可以看出IL_000c这行虚调用(callvirt)指向的对象(前面分析过它是我们调用InternalFormat函数时传进来的第一个参数arg_0)来自于上面那个函数ToString()中的IL_0001行,也就是GetType()的返回值, 难道Type只是一个抽象类?GetType()内部生成了一个类型为Type的某个子类的对象,并返回了它?这一点我从il上看不出来(原因一会儿再说吧),自己也想不明白,还请哪位知情人赐教,或者哪位“好事”者一起研究研究。

但是从Type的子类重写的IsDefine函数中可以看到,最后它调用函数System.Reflection.CustomAttribute::IsDefined(class System.Type, class System.Type, bool),这完全在情理之中,我们回到了名字就叫CustomAttribute的类,由它来解决正合适。沿着它的il代码又走了几个函数,最后遇到了函数CustomAttribute::IsCADefined(class System.RuntimeType caType,native int module,int32 token),这应该是问题的最终解,但可惜这个函数后面的method implementation后缀是cil managed internalcall,对于internalcall,msdn的解释是An internal call is a call to a method implemented within the common language runtime itself. 总之,我们看不到它是怎么实现的,所以只能追到这儿为止了。By the way, Object.GetType()内部调用的函数InternalGetType()也是一个internalcall函数,所以同样无法知道内部是怎么实现的,也只好这样了。

总结一下,最后没有什么太有用的结果,不过至少知道了如果自己要使用custom attribute的话,有这么几个函数可以使用,System.MemberInfo.IsDefined,以及他派生类重写的函数,还有System.Reflection.CustomAttribute里的一些静态函数。剩下的就是把这一天辛劳的过程贴出来,大家分享一下吧。

 
 
 
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