C#的扩展方法解析-白红宇

C#的扩展方法解析

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发布时间：2019-06-24

本文共 9402 字，大约阅读时间需要 31 分钟。

在使用面向对象的语言进行项目开发的过程中，较多的会使用到“继承”的特性，但是并非所有的场景都适合使用“继承”特性，在设计模式的一些基本原则中也有较多的提到。

继承的有关特性的使用所带来的问题：对象的继承关系实在编译时就定义好了，所以无法在运行时改变从父类继承的实现。子类的实现与它父类有非常紧密的依赖关系，以至于父类实现中的任何变化必然会导致子类发生变化。当你需要复用子类时，如果继承下来的实现不适合解决新的问题，则父类必须重写它或被其他更适合的类替换，这种依赖关系限制了灵活性并最终限制了复用性。替代继承特性的方式，较多的会采用合成/聚合复用原则，“合成/聚合复用原则”：尽量使用合成/聚合，尽量不要使用类继承。

如果在新类型的对象应当携带有关额外行为的细节，在使用继承特性时，有时可能不太适合，例如：处理指类型，密封类，或者接口时。在面对这些要求时，我们有时候会写一些静态类包含一些静态方法。但是过多的静态方法会造成额外的不必要的开销。

一.扩展方法概述：

面对以上的有关“继承”的问题，以及在面对项目的一些需求时，我们需要解决这些问题的方式就是“扩展方法”。在C#3.0中引入了“扩展方法”，既有静态方法的优点，又使调用它们的代码的可读性得到了提高。在使用扩展方法时，可以像调用实例方法那样调用静态方法。

1.扩展方法的基本原则：

(1).C#只支持扩展方法，不支持扩展属性、扩展事件、扩展操作符等。

(2).扩展方法（第一个参数前面是this的方法）必须在非泛型的静态类中声明，扩展方法必须有一个参数，而且只有第一个参数使用this标记。

(3).C#编译器查找静态类中的扩展方法时，要求这些静态类本身必须具有文件作用域。

(4).C#编译要求“导入”扩展方法。（静态方法可以任意命名，C#编译器在寻找方法时，需要花费时间进行查找，需要检查文件作用域中的所有的静态类，并扫描它们的所有静态方法来查找一个匹配）

(5).多个静态类可以定义相同的扩展方法。

(6).用一个扩展方法扩展一个类型时，同时也扩展了派生类型。

2.扩展方法声明：

(1).必须在一个非嵌套的、非泛型型的静态类中（所以必须是一个静态方法）

(2).至少有一个参数。

(3).第一个参数必须附加this关键字做前缀。

(4).第一个参数不能有其他任何修饰符（如ref或out）。

(5).第一个参数的类型不能是指针类型。

以上的两个分类说明中，对扩展方法的基本特性和声明方式做了一个简单的介绍，有关扩展方法的使用方式，会在后面的代码样例中进行展示，再次就不再多做说明。

二.扩展方法原理解析：

“扩展方法”是C#独有的一种方法，在扩展方法中会使用ExtensionAttribute这个attribute。

C#一旦使用this关键字标记了某个静态方法的第一个参数，编译器就会在内部向该方法应用一个定制的attribute，这个attribute会在最终生成的文件的元数据中持久性的存储下来，此属性在System.Core dll程序集中。

任何静态类只要包含了至少一个扩展方法，它的元数据中也会应用这个attribute，任何一个程序集包含了至少一个符合上述特点的静态类，它的元数据也会应用这个attribute。如果代码嗲用了一个不存在的实例方法，编译器会快速的扫描引用的所有程序集，判断它们哪些包含了扩展方法，然后，在这个程序集中，可以扫描包含了扩展方法的静态类。

如果同一个命名空间中的两个类含有扩展类型相同的方法，就没有办法做到只用其中一个类中的扩展方法。为了通过类型的简单名称（没有命名控件前缀）来使用类型，可以导入该类型所有在的命名空间，但这样做的时候，你没有办法阻止那个命名空间中的扩展方法也被导入进来。

三..NET3.5的扩展方法Enumerable和Queryable：

在框架中，扩展方法最大的用途就是为LINQ服务，框架提供了辅助的扩展方法，位于System.Linq命名空间下的Enumerable和Queryable类。Enumerable大多数扩展是IEnumerable<T>,Queryable大大多数扩展是IQueryable<T>。

1.Enumerable类中的常用方法：

(1).Range():一个参数是起始数，一个是要生成的结果数。

public static IEnumerable
     
       Range(int start, int count) {             long max = ((long)start) + count - 1;            if (count < 0 || max > Int32.MaxValue) throw Error.ArgumentOutOfRange("count");             return RangeIterator(start, count);        }        static IEnumerable
      
        RangeIterator(int start, int count) {             for (int i = 0; i < count; i++) yield return start + i;        }

(2).Where():对集合进行过滤的一个方式，接受一个谓词，并将其应用于原始集合中的每个元素。

public static IEnumerable
     
       Where
      
       (this IEnumerable
       
         source, Func
        
          predicate) {            if (source == null) throw Error.ArgumentNull("source");             if (predicate == null) throw Error.ArgumentNull("predicate");             if (source is Iterator
         
          ) return ((Iterator
          
           )source).Where(predicate);            if (source is TSource[]) return new WhereArrayIterator
           
            ((TSource[])source, predicate);             if (source is List
            
             ) return new WhereListIterator
             
              ((List
              
               )source, predicate);            return new WhereEnumerableIterator
               
                (source, predicate);        } public WhereEnumerableIterator(IEnumerable
                
                  source, Func
                 
                   predicate) {                 this.source = source;                this.predicate = predicate;             }

以上分别介绍了Range()和Where()两个方法，该类中还主要包含select()、orderby()等等方法。

2.Queryable类中的常用方法：

(1).IQueryable接口：

///   /// 提供对未指定数据类型的特定数据源的查询进行计算的功能。  /// 
  /// 
     
      2
       public interface IQueryable : IEnumerable  {    ///     /// 获取与 
       的实例关联的表达式目录树。    /// 
    ///     /// 
     
          /// 与 
       的此实例关联的 
      。    /// 
         Expression Expression { get; }    ///     /// 获取在执行与 
       的此实例关联的表达式目录树时返回的元素的类型。    /// 
    ///     /// 
     
          /// 一个 
      ，表示在执行与之关联的表达式目录树时返回的元素的类型。    /// 
         Type ElementType { get; }    ///     /// 获取与此数据源关联的查询提供程序。    /// 
    ///     /// 
     
          /// 与此数据源关联的 
      。    /// 
         IQueryProvider Provider { get; }  }

(2).Where():

public static IQueryable
     
       Where
      
       (this IQueryable
       
         source, Expression
        
         
          > predicate) {             if (source == null)                throw Error.ArgumentNull("source");             if (predicate == null)                throw Error.ArgumentNull("predicate");            return source.Provider.CreateQuery
          
           (                Expression.Call(                     null,                    ((MethodInfo)MethodBase.GetCurrentMethod()).MakeGenericMethod(typeof(TSource)),                     new Expression[] { source.Expression, Expression.Quote(predicate) }                     ));        }

(3).Select():

public static IQueryable
     
       Select
      
       (this IQueryable
       
         source, Expression
        
         
          > selector) {            if (source == null)                throw Error.ArgumentNull("source");            if (selector == null)                 throw Error.ArgumentNull("selector");            return source.Provider.CreateQuery
          
           (                 Expression.Call(                     null,                    ((MethodInfo)MethodBase.GetCurrentMethod()).MakeGenericMethod(typeof(TSource), typeof(TResult)),                     new Expression[] { source.Expression, Expression.Quote(selector) }                    ));        }

以上是对扩展方法中两个类进行了一个简单的解析。

四.扩展方法实例：

由于扩展方法实际是对一个静态方法的调用，所以CLR不会生成代码对调用方法的表达式的值进行null值检查

1.异常处理代码：

///     /// 为参数验证提供有用的方法    /// 
    public static class ArgumentValidator    {        ///         /// 如果argumentToValidate为空，则抛出一个ArgumentNullException异常        /// 
        public static void ThrowIfNull(object argumentToValidate, string argumentName)        {            if (null == argumentName)            {                throw new ArgumentNullException("argumentName");            }            if (null == argumentToValidate)            {                throw new ArgumentNullException(argumentName);            }        }        ///         /// 如果argumentToValidate为空，则抛出一个ArgumentException异常        /// 
        public static void ThrowIfNullOrEmpty(string argumentToValidate, string argumentName)        {            ThrowIfNull(argumentToValidate, argumentName);            if (argumentToValidate == string.Empty)            {                throw new ArgumentException(argumentName);            }        }        ///         /// 如果condition为真，则抛出ArgumentException异常        /// 
        /// 
     
              /// 
      
               public static void ThrowIfTrue(bool condition, string msg)        {            ThrowIfNullOrEmpty(msg, "msg");            if (condition)            {                throw new ArgumentException(msg);            }        }        /// 
               /// 如果指定目录存在该文件则抛出FileNotFoundException异常        /// 
        /// 
       
                /// 
        
                 public static void ThrowIfDoesNotExist(FileSystemInfo fileSytemObject, String argumentName)        {            ThrowIfNull(fileSytemObject, "fileSytemObject");            ThrowIfNullOrEmpty(argumentName, "argumentName");            if (!fileSytemObject.Exists)            {                throw new FileNotFoundException("'{0}' not found".Fi(fileSytemObject.FullName));            }        }        public static string Fi(this string format, params object[] args)        {            return FormatInvariant(format, args);        }        /// 
                 /// 格式化字符串和使用
          
           不变的文化.        /// 
          
        /// 
         
                  /// 
          
           这应该是用于显示给用户的任何字符串时使用的“B”>“B”>“”。它意味着日志        ///消息，异常消息，和其他类型的信息，不使其进入用户界面，或不会        ///无论如何，对用户都有意义；）.
                  /// 
                 public static string FormatInvariant(this string format, params object[] args)        {            ThrowIfNull(format, "format");            return 0 == args.Length ? format : string.Format(CultureInfo.InvariantCulture, format, args);        }        /// 
                 /// 如果时间不为DateTimeKind.Utc，则抛出ArgumentException异常        /// 
        /// 
         
                  /// 
          
                   public static void ThrowIfNotUtc(DateTime argumentToValidate, String argumentName)        {            ThrowIfNullOrEmpty(argumentName, "argumentName");            if (argumentToValidate.Kind != DateTimeKind.Utc)            {                throw new ArgumentException("You must pass an UTC DateTime value", argumentName);            }        }    }

2.枚举扩展方法：

public static class EnumExtensions    {        ///         /// 获取名字        /// 
        /// 
     
              /// 
              public static string GetName(this Enum e)        {            return Enum.GetName(e.GetType(), e);        }        /// 
              /// 获取名字和值        /// 
        /// 
      
       枚举        /// 
       
        是否转化为小写        /// 
                public static Dictionary
        
          GetNamesAndValues( this Type enumType, bool lowerFirstLetter)        {            //由于扩展方法实际是对一个静态方法的调用，所以CLR不会生成代码对调用方法的表达式的值进行null值检查            ArgumentValidator.ThrowIfNull(enumType, "enumType");            //获取枚举名称数组            var names = Enum.GetNames(enumType);            //获取枚举值数组            var values = Enum.GetValues(enumType);            var d = new Dictionary
         
          (names.Length);            for (var i = 0; i < names.Length; i++)            {                var name = lowerFirstLetter ? names[i].LowerFirstLetter() : names[i];                d[name] = Convert.ToInt32(values.GetValue(i));            }            return d;        }        /// 
                  /// 转换为小写        /// 
        /// 
          
                   /// 
                   public static string LowerFirstLetter(this string s)        {            ArgumentValidator.ThrowIfNull(s, "s");            return char.ToLowerInvariant(s[0]) + s.Substring(1);        }    }

五.总结：

在本文中，主要对扩展方法进行了一些规则说明、声明方式，使用方式，以及对扩展方法的意义和扩展方法的原理进行了简单的解答。并在本文的最后给了一个枚举的扩展方法代码。

转载于:https://blog.51cto.com/pengze0902/1877479

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