前期綁定與后期綁定

在.NET中，前期綁定（Early Binding）是指在編譯時就確定了對象的類型和方法，而后期綁定（Late Binding）或動態綁定是在運行時確定對象的類型和方法。

前置知識：C#類型系統結構

C#作為C++++ ，在類型系統上沿用C++的類型系統

前期綁定

在代碼能執行之前，將代碼中依賴的assembly,module,class,method,field等類型系統的元素提前構建好。
前期綁定的優點是編譯時類型檢查，提高了類型安全性和性能。缺點是如果需要更換類型，需要重新編譯代碼。靈活性不夠

比如一個簡單的的控制臺，就自動提前加載了各種需要的DLL文件。完成前期綁定。

后期綁定

后期綁定的優點是可以在運行時更改類型，無需重新編譯代碼。缺點是在編譯時不進行類型檢查，可能導致運行時錯誤。
幾個常用的場景，比如dynamic ，多態，System.Reflection等

舉個例子，使用Reflection下的“元數據查詢API”，動態加載DLL

            var dllpath = "xxx.dll";
            Assembly assembly = Assembly.LoadFrom(dllpath);//構建Assembly+Module
            Type dataAccessType = assembly.GetType("xxxxx");//構建Class(MethodTable+EEClass)
            object dataAccess = Activator.CreateInstance(dataAccessType);//在托管堆中創建MT實例
            MethodInfo addMethod = dataAccessType.GetMethod("Add");//構建MethodDesc
			
            addMethod.Invoke(dataAccess, new object[] { "hello world" });//調用方法

反射

反射的本質就是“操作元數據”

什么是元數據？

MetaData，本是上就是存儲在dll中的一個信息數據庫，記錄了這個assembled中有哪些方法，哪些類，哪些屬性等等信息

可以看到，各種Table組成的信息，是不是類似一個數據庫？

舉個例子：
執行Type.GetType("int"),反射會在MetaData尋找"int"的類型。但在運行時會返回null.因為MetaData中只有"System.Int32"這個字符串。

反射如何查詢MetaData?

通過Reflection XXXInfo系列API 查詢所有細節

Type t = typeof(System.IO.FileStream);
FieldInfo[] fi = t.GetFields(BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public);
PropertyInfo[] pi = t.GetProperties(BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public);
EventInfo[] ei = t.GetEvents(BindingFlags.Static | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Public);
......

反射如何構建類型系統

通過Reflection XXXBuilder系列API 構建一個全新的類型

            AssemblyBuilder ab = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(new AssemblyName("MyAssembly"), AssemblyBuilderAccess.RunAndCollect);//創建Assembly
            ModuleBuilder mob = ab.DefineDynamicModule("MyModule");//創建Module
            TypeBuilder tb = mob.DefineType("MyType", TypeAttributes.Public | TypeAttributes.Class);//創建Class
            MethodBuilder mb = tb.DefineMethod("SumMethod", MethodAttributes.Public | MethodAttributes.Static, typeof(int), new Type[] { typeof(int), typeof(int) });//創建MethodTable
            ILGenerator il = mb.GetILGenerator();//通過IL API 動態構建MethodDesc
            il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
            il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
            il.Emit(OpCodes.Add);
            il.Emit(OpCodes.Ret);
            Type type = tb.CreateType();  //mt + eeclass
            MethodInfo method = type.GetMethod("SumMethod");
            Console.WriteLine(method.Invoke(null, new object[] { 5, 10 }));

反射底層調用

C#的類型系統，與C++的類型系統是一一對應的。因此其底層必定是調用C++的方法。
示意圖如下,有興趣的小伙伴可以去參考coreclr的源碼

眼見為實，以Invoke為例

反射到底慢在哪？

1. 動態解析
   從上面可知道，反射作為后期綁定，在runtime中要根據metadata查詢出信息，嚴重依賴字符串匹配，這本身就增加了額外的操作
2. 動態調用
   使用反射調用方法時，先要將參數打包成數組，再解包到線程棧上。又是額外操作。
3. 無法在編譯時優化
   反射是動態的臨時調用，JIT無法優化。只能根據代碼一步一步執行。
4. 額外的安全檢查
   反射會涉及到訪問和修改只讀字段等操作，運行時需要進行額外的安全性檢查，這也會增加一定的開銷
5. 緩存易失效
   反射如果參數發生變化，那么緩存的匯編就會失效。又需要重新查找與解析。

總之，千言萬語匯成一句話。最好的反射就是不要用反射。除非你能保證對性能要求不高/緩存高命中率

CLR的對反射的優化

除了緩存反射的匯編，.NET 中提供了一系列新特性來盡可能的繞開“反射”

Emit

Emit 是 .NET 提供的一種動態生成和編譯代碼的技術。通過 Emit，我們可以動態生成一個新的方法，這個方法可以直接訪問私有成員，這對于一些特殊場景非常有用，比如動態代理、代碼生成器、AOP（面向切面編程）等.

public class Person
{
    private int _age;
    public override string ToString()
    {
        return _age.ToString();
    }
}
static void EmitTest(Person person)
{
    // 獲取Person類的類型對象
    Type personType = typeof(Person);
    // 獲取私有字段_age的FieldInfo，無法避免部分使用反射
    FieldInfo ageField = personType.GetField("_age", BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);
    if (ageField == null)
    {
        throw new ArgumentException("未找到指定的私有字段");
    }
    // 創建一個動態方法
    DynamicMethod dynamicMethod = new DynamicMethod("SetAgeValue", null, new Type[] { typeof(Person), typeof(int) }, personType);
    // 獲取IL生成器
    ILGenerator ilGenerator = dynamicMethod.GetILGenerator();
    // 將傳入的Person對象加載到計算棧上（this指針）
    ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
    // 將傳入的新值加載到計算棧上
    ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
    // 將新值存儲到對應的私有字段中
    ilGenerator.Emit(OpCodes.Stfld, ageField);
    // 返回（因為方法無返回值，這里只是結束方法執行）
    ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);
    // 創建委托類型，其簽名與動態方法匹配
    Action<Person, int> setAgeAction = (Action<Person, int>)dynamicMethod.CreateDelegate(typeof(Action<Person, int>));
    // 通過委托調用動態生成的方法來修改私有字段的值
    setAgeAction(person, 100);
}

切構建代碼又臭又長。

Expression

Expression 是 .NET 提供的一種表達式樹的技術。通過 Expression，我們可以創建一個表達式樹，然后編譯這個表達式樹，生成一個可以訪問私有成員的方法

static void ExpressionTest(Person person)
{
    // 獲取Person類的類型對象
    Type personType = typeof(Person);
    // 獲取私有字段_age的FieldInfo，無法避免部分使用反射
    FieldInfo ageField = personType.GetField("_age", BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic);
    if (ageField == null)
    {
        throw new ArgumentException("未找到指定的私有字段");
    }
    // 創建參數表達式，對應傳入的Person對象實例
    ParameterExpression instanceParam = Expression.Parameter(personType, "instance");
    // 創建參數表達式，對應傳入的新值
    ParameterExpression newValueParam = Expression.Parameter(typeof(int), "newValue");
    // 創建一個賦值表達式，將新值賦給私有字段
    BinaryExpression assignExpression = Expression.Assign(Expression.Field(instanceParam, ageField), newValueParam);
    // 創建一個包含賦值表達式的表達式塊，這里因為只有一個賦值操作，所以塊里就這一個表達式
    BlockExpression blockExpression = Expression.Block(assignExpression);
    // 創建一個可執行的委托，其類型與表達式塊的邏輯匹配
    Action<Person, int> setAgeAction = Expression.Lambda<Action<Person, int>>(blockExpression, instanceParam, newValueParam).Compile();
    // 通過委托調用表達式樹生成的邏輯來修改私有字段的值
    setAgeAction(person, 100);
}

切構建代碼又臭又長。

UnsafeAccessorAttribute

.Net 8中引入了新特性UnsafeAccessorAttribute 。
使用該特性，來提供對私有字段的快速修改

static void New()
{
    var person = new Person();
    GetAgeField(person) = 100;
}
[UnsafeAccessor(UnsafeAccessorKind.Field, Name = "_age")]
static extern ref int GetAgeField(Person counter);

為什么它這么快？

對于C#來說，私有類型是OOP語言的定義。它定義了什么是私有類型，它的行為是什么。
但對于程序本身來說，代碼和數據都只是一段內存，實際上你的指針想訪問哪就訪問哪。哪管你什么私有類型。換一個指向地址不就得了。因此CLR開放了這么一個口子，利用外部訪問直接操作內存。看它的命名UnsafeAccessor就能猜到意圖了

3，2，1. 上匯編！！！

直接將rax寄存器偏移量+8，直接返回int(占用4字節，偏移量8)類型的_age。 沒有Emit，Expression的彎彎繞繞，絲毫不拖泥帶水。

.NET 9中的改進

支持泛型，更優雅。
https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/compatibility/core-libraries/9.0/unsafeaccessor-generics

參考資料

https://blog.csdn.net/sD7O95O/article/details/133002995
https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.runtime.compilerservices.unsafeaccessorattribute?view=net-8.0

轉自https://www.cnblogs.com/lmy5215006/p/18545334