结合il追踪custom attribute的实现

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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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