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C#教程之用lambda表达式树替代反射
本节重点不讲反射机制，而是讲lambda表达式树来替代反射中常用的获取属性和方法，来达到相同的效果但却比反射高效。
每个人都知道，用反射调用一个方法或者对属性执行SetValue和GetValue操作的时候都会比直接调用慢很多，这其中设计到CLR中内部的处理，不做深究。然而，我们在某些情况下又无法不使用反射，比如：在一个ORM框架中，你要将一个DataRow转化为一个对象，但你又不清楚该对象有什么属性，这时候你就需要写一个通用的泛型方法来处理，以下代码写得有点恶心，但不妨碍理解意思:
//将DataReader转化为一个对象 private static T GetObj<T>(SqliteDataReader reader) where T : class { T obj = new T(); PropertyInfo[] pros = obj.GetType().GetProperties(); foreach (PropertyInfo item in pros) { try { Int32 Index = reader.GetOrdinal(item.Name); String result = reader.GetString(Index); if (typeof(String) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, result); continue; } if (typeof(DateTime) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDateTime(result)); continue; } if (typeof(Boolean) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToBoolean(result)); continue; } if (typeof(Int32) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToInt32(result)); continue; } if (typeof(Single) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToSingle(result)); continue; } if (typeof(Single) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToSingle(result)); continue; } if (typeof(Double) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDouble(result)); continue; } if (typeof(Decimal) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToDecimal(result)); continue; } if (typeof(Byte) == item.PropertyType) { item.SetValue(obj, Convert.ToByte(result)); continue; } } catch (ArgumentOutOfRangeException ex) { continue; } } return obj; }
对于这种情况，其执行效率是特别低下的，具体多慢在下面例子会在.Net Core平台上和.Net Framework4.0运行测试案例.对于以上我举例的情况，效率上我们还可以得到提升。但对于想在运行时修改一下属性的名称或其他操作，反射还是一项特别的神器，因此在某些情况下反射还是无法避免的。
但是对于只是简单的SetValue或者GetValue，包括用反射构造函数，我们可以想一个中继的方法，那就是使用表达式树。对于不理解表达式树的，可以到微软文档查看，点击我。表达式树很容易通过对象模型表示表达式，因此强烈建议学习。查看以下代码：
static void Main()
{
Dog dog = new Dog();
PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name)); //获取对象Dog的属性
MethodInfo SetterMethodInfo = propertyInfo.GetSetMethod(); //获取属性Name的set方法
ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(Dog), "param");
Expression GetPropertyValueExp = Expression.Lambda(Expression.Property(param, nameof(dog.Name)), param);
Expression<Func<Dog, String>> GetPropertyValueLambda = (Expression<Func<Dog, String>>)GetPropertyValueExp;
ParameterExpression paramo = Expression.Parameter(typeof(Dog), "param");
ParameterExpression parami = Expression.Parameter(typeof(String), "newvalue");
MethodCallExpression MethodCallSetterOfProperty = Expression.Call(paramo, SetterMethodInfo, parami);
Expression SetPropertyValueExp = Expression.Lambda(MethodCallSetterOfProperty, paramo, parami);
Expression<Action<Dog, String>> SetPropertyValueLambda = (Expression<Action<Dog, String>>)SetPropertyValueExp;
//创建了属性Name的Get方法表达式和Set方法表达式,当然只是最简单的
Func<Dog, String> Getter = GetPropertyValueLambda.Compile();
Action<Dog, String> Setter = SetPropertyValueLambda.Compile();
Setter?.Invoke(dog, "WLJ"); //我们现在对dog这个对象的Name属性赋值
String dogName = Getter?.Invoke(dog); //获取属性Name的值
Console.WriteLine(dogName);
Console.ReadKey();
}
public class Dog
{
public String Name { get; set; }
}
以上代码可能很难看得懂，但只要知道我们创建了属性的Get、Set这两个方法就行，其结果最后也能输出狗的名字 WLJ,拥有ExpressionTree的好处是他有一个名为Compile（）的方法，它创建一个代表表达式的代码块。现在是最有趣的部分，假设你在编译时不知道类型（在这篇文章中包含的代码我在不同的程序集上创建了一个类型）你仍然可以应用这种技术，我将对于常用的属性的set，get操作进行分装。
/// <summary>
/// 属性类，仿造反射中的PropertyInfo
/// </summary>
public class Property
{
private readonly PropertyGetter getter;
private readonly PropertySetter setter;
public String Name { get; private set; }
public PropertyInfo Info { get; private set; }
public Property(PropertyInfo propertyInfo)
{
if (propertyInfo == null)
throw new NullReferenceException("属性不能为空");
this.Name = propertyInfo.Name;
this.Info = propertyInfo;
if (this.Info.CanRead)
{
this.getter = new PropertyGetter(propertyInfo);
}
if (this.Info.CanWrite)
{
this.setter = new PropertySetter(propertyInfo);
}
}
/// <summary>
/// 获取对象的值
/// </summary>
/// <param name="instance"></param>
/// <returns></returns>
public Object GetValue(Object instance)
{
return getter?.Invoke(instance);
}
/// <summary>
/// 赋值操作
/// </summary>
/// <param name="instance"></param>
/// <param name="value"></param>
public void SetValue(Object instance, Object value)
{
this.setter?.Invoke(instance, value);
}
private static readonly ConcurrentDictionary<Type, Core.Reflection.Property[]> securityCache = new ConcurrentDictionary<Type, Property[]>();
public static Core.Reflection.Property[] GetProperties(Type type)
{
return securityCache.GetOrAdd(type, t => t.GetProperties().Select(p => new Property(p)).ToArray());
}
}
/// <summary>
/// 属性Get操作类
/// </summary>
public class PropertyGetter
{
private readonly Func<Object, Object> funcGet;
public PropertyGetter(PropertyInfo propertyInfo) : this(propertyInfo?.DeclaringType, propertyInfo.Name)
{
}
public PropertyGetter(Type declareType, String propertyName)
{
if (declareType == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(declareType));
}
if (propertyName == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(propertyName));
}
this.funcGet = CreateGetValueDeleagte(declareType, propertyName);
}
//代码核心部分
private static Func<Object, Object> CreateGetValueDeleagte(Type declareType, String propertyName)
{
// (object instance) => (object)((declaringType)instance).propertyName
var param_instance = Expression.Parameter(typeof(Object));
var body_objToType = Expression.Convert(param_instance, declareType);
var body_getTypeProperty = Expression.Property(body_objToType, propertyName);
var body_return = Expression.Convert(body_getTypeProperty, typeof(Object));
return Expression.Lambda<Func<Object, Object>>(body_return, param_instance).Compile();
}
public Object Invoke(Object instance)
{
return this.funcGet?.Invoke(instance);
}
}
public class PropertySetter
{
private readonly Action<Object, Object> setFunc;
public PropertySetter(PropertyInfo property)
{
if (property == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(property));
}
this.setFunc = CreateSetValueDelagate(property);
}
private static Action<Object, Object> CreateSetValueDelagate(PropertyInfo property)
{
// (object instance, object value) =>
// ((instanceType)instance).Set_XXX((propertyType)value)
//声明方法需要的参数
var param_instance = Expression.Parameter(typeof(Object));
var param_value = Expression.Parameter(typeof(Object));
var body_instance = Expression.Convert(param_instance, property.DeclaringType);
var body_value = Expression.Convert(param_value, property.PropertyType);
var body_call = Expression.Call(body_instance, property.GetSetMethod(), body_value);
return Expression.Lambda<Action<Object, Object>>(body_call, param_instance, param_value).Compile();
}
public void Invoke(Object instance, Object value)
{
this.setFunc?.Invoke(instance, value);
}
}
在将代码应用到实例：
Dog dog = new Dog();
PropertyInfo propertyInfo = dog.GetType().GetProperty(nameof(dog.Name));
//反射操作
propertyInfo.SetValue(dog, "WLJ");
String result = propertyInfo.GetValue(dog) as String;
Console.WriteLine(result);
//表达式树的操作
Property property = new Property(propertyInfo);
property.SetValue(dog, "WLJ2");
String result2 = property.GetValue(dog) as String;
Console.WriteLine(result2);
发现其实现的目的与反射一致，但效率却有明显的提高。
以下测试以下他们两之间的效率。测试代码如下：
Student student = new Student(); PropertyInfo propertyInfo = student.GetType().GetProperty(nameof(student.Name)); Property ExpProperty = new Property(propertyInfo); Int32 loopCount = 1000000; CodeTimer.Initialize(); //测试环境初始化 //下面该方法个执行1000000次 CodeTimer.Time("基础反射", loopCount, () => { propertyInfo.SetValue(student, "Fode",null); }); CodeTimer.Time("lambda表达式树", loopCount, () => { ExpProperty.SetValue(student, "Fode"); }); CodeTimer.Time("直接赋值", loopCount, () => { student.Name = "Fode"; }); Console.ReadKey();
其.Net4.0环境下运行结果如下：
.Net Core环境下运行结果：
从以上结果可以知道，迭代同样的次数反射需要183ms，而用表达式只要34ms，直接赋值需要7ms，在效率上，使用表达式这种方法有显著的提高，您可以看到使用此技术可以完全避免使用反射时的性能损失。反射之所以效率有点低主要取决于其加载的时候时在运行期下，而表达式则在编译期，下篇有空将会介绍用Emit技术优化反射，会比表达式略快一点。
注：对于常用对象的属性，最好将其缓存起来，这样效率会更高。。
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