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:

你必须知道的.NET之特性和属性

  你必须知道的.NET之特性和属性

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

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。

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()]

attibute实例,是在编译期进行初始化,而不是运行期。

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;

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
    {
        //
    } 
}

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。

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。

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),

[AttributeUsageAttribute(AttributeTarget.All),
AllowMultiple = true
Inherited = true]
class MyNewAttribute: System.Attribute
{
//

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。

所有非抽象特性必须具有public访问限制。

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。

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。

定制特性可以应用在某些设计模式中,如工厂模式。

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。

AttributeUsage

AttributeUsage特性用于控制如何应用自定义特性到目标元素。关于AttributeTargets、AllowMultiple、Inherited、ValidOn,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。

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。

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);
      }
    }
}

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。

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:Description、DefaultValue、Category、ReadOnly、BrowerAble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:

定义特性 

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

应用目标元素 [Test("Error Here.")]

[Test("Error Here.")]
        public void CannotRun()
        {
            //
        }

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(string[] args)
        {
            Tester t = new Tester();
            t.CannotRun();

            Type tp = typeof(Tester);
            TestAttribute myAtt = (TestAttribute)Attribute.GetCustomAttribute((MemberInfo)tp, 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。

原文地址:http://www.uml.org.cn/net/200810135.asp