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  • 什么是反射?反射的原理

    在谈反射的原理之前,首先先要弄清楚以下的几个概念:

    什么是IL?

    IL,Intermediage Language,中间语言,并不是CPU可以直接执行的本地机器语言,在转换成计算机可以识别的指令之前,还要进行一个被称为"Just in time"的二次编译过程。在.NET框架下,任何语言,比如C++,VB.NET,C#,等等,在经过各自的编译器编译之后,都会被转换成中间语言。 IL还有另外的2种叫法:CIL,Common Intermediate Language;MSIL, Microsoft Intermediate Language。

    查看IL代码,参考这里:http://www.cnblogs.com/darrenji/p/3967669.html

     什么是CLR?

    CLR, Common Language Runtime, 公用语言运行时。IL代码需要通过CLR进行即时编译才能转换成机器代码。大致过程是:

    编程语言代码编译生成程序集。程序集中的PE/COFF头包含了供Windows操作系统查看和使用的信息;CLR头告诉操作系统这是一个.NET 程序集;程序集清单描述了程序集本身的信息,比如程序集标识、程序集包含的资源、组成程序集的文件,等等;元数据描述了程序集包含的内容,比如包含的模 块、类型、类型成员、类型成员的可见性,等等。

    CLR开始工作:管理应用程序域,加载和运行程序集, 安全检查, 将IL代码JIT编译成机器代码,异常处理, 垃圾回收,等等。

    什么是JIT?

    JIT, just in time, 即时编译。在CLR中,把IL转换成机器代码的工作交给了JIT编译器。即时编译只在方法第一次被调用时发生。

    在学习.NET的过程中,都会不可避免地接触到这三个概念,那么这三个东西是什么以及它们之间的关系是怎样的呢?我们在学习的过程中可能比较过多的会去关 注CLR,因为CLR是.NET Framework的核心,但是我要说的是CTS和CLS更为重要,因为他们是CLR的核心。任何编程语言,如果想要在.NET CLR上执行,就必需提供一个编译器,将此语言的程序编译成.NET CLR所认识的metadata以及IL,符合CTS的规定。并非所有的语言都能和C#一样符合CTS的规范,毕竟许多语言出现在先,CTS出现在后,所 以有一些旧的语言未能符合CTS的规定。这类的语言在.NET中有下列三种方式来符合CTS规范:

    - 改变语言本身以符合CTS的规定。例如Visual Basic 6就为此做了大幅度的扩充与改变,加上继承的特性,这使得新版的Visual Basic .NET 差不多可以算是一个全新的语言了,犹如当年C衍生出C++一样。

    - 扩充语言本身以接近CTS的规定,但仍保留不相容于CTS的语法,如此一来,程序中符合CTS规定的以CTS方式编译,不符合CTS规定的则以传统的方式 编译成native code。例如C++ with Managed Extension (简称MC++) 就是如此。

    - 语言本身尽量维持不变,一切都是通过超强的编译器设计来达成和CTS的相容,Eiffel就是如此的作法。例如,CTS不支援多重继承(multiple inheritance),但是Eiffel支援多重继承,通过Eiffel的编译器可以利用interface以及attribute来达到多重继承 (这样的作法相当巧妙,有兴趣的读者不妨去研究一下)。

    好,现在让我们来看一下它们三者的关系。


    1)CTS通用类型系统(Common Type System)

    CTS不但实现了COM的变量兼容类型,而且还定义了通过用户自定义类型的方式来进行类型扩展。任何以.NET平台作为目标的语言必须建立它的数据 类型与CTS的类型间的映射。所有.NET语言共享这一类型系统,实现它们之间无缝的互操作。该方案还提供了语言之间的继承性。例如,用户能够在 VB.NET中派生一个由C#编写的类。我们可以将CTS 看成是所有.NET 语言的superset (union),而符合CTS 的各种不同的语言,其实都只是CTS 的subset (intersection)。这些语言所写出来的程序,如果想要有最佳的相容性,以便互相调用(invoke) 或继承,这些语言之间就必需取得一个共同的subset,有共同遵守的规范,这就是CLS 。


    2)CLS通用语言规范(Common Language Specification)

    很显然,编程语言的区别不仅仅在于类型。例如,一些语言支持多继承性,一些语言支持无符号数据类型,一些语言支持运算符重载。用户应认识到这一点, 因此.NET通过定义公共语言规范(CLS:Common Language Specification),限制了由这些不同引发的互操作性问题。CLS制定了一种以.NET平台为目标的语言所必须支持的最小特征,以及该语言与其 他.NET语言之间实现互操作性所需要的完备特征。认识到这点很重要,这里讨论的特征问题已不仅仅是语言间的简单语法区别。例如,CLS并不去关心一种语 言用什么关键字实现继承,只是关心该语言如何支持继承。CLS是CTS的一个子集。这就意味着一种语言特征可能符合CTS标准,但又超出CLS的范畴。例 如:C#支持无符号数字类型,该特征能通过CTS的测试,但CLS却仅仅识别符号数字类型。因此,如果用户在一个组件中使用C#的无符号类型,就可能不能 与不使用无符号类型的语言(如VB.NET)设计的.NET组件实现互操作。

    3)CLR公共语言运行库(Common Language Runtime)

    简单地说,CLR是CTS的实现,也就是说,CLR是应用程序的执行引擎和功能齐全的类库,该类库严格按照CTS规范实现。作为程序执行引 擎,CLR负责安全地载入和运行用户程序代码,包括对不用对象的垃圾回收和安全检查。在CLR监控之下运行的代码,称为托管代码(managed code)。



    好了,现在开始来谈谈反射,别被吓唬了,反射的原理其实很简单,.net所编写的程序集包含两个重要部分:IL(中间语言代码) 和metadata(元数据)。我们编写的代码中不是有很多很多的类吗,类有很多很多的成员,在编译代码的时候,元数据表就根据代码把类的所有信息都记录在了它里面(其实它就是一个数据结构,组织类的信息)。
    而反射的过程刚好相反,就是通过元数据里记录的关于类的详细信息找到该类的成员,并能使它“复活”(因为元数据里所记录的信息足够详细,以致于可以根据metadata里面记录的信息找到关于该类的IL code并加以利用)。
    最后对比下:
    元数据形成:根据代码具体内容形成类的记录信息;
    反射:根据元数据的记录找到所需的代码;

    至于实例,用Type类实现很方便:

    Type t = typeof(System.string);
    MemberInfo[] mis = t.GetMembers();
    foreach (MemberInfo mi in mis)
    {
    Console.WriteLine(mi.MemberType + mi.Name);
    }
    就会得到关于String类的所有信息;
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