C#基础系列反射

一、定义

　　Reflection翻译成反射，在实际生活中比如地质勘探中如何了解地球内部构造情况（地壳、地幔和地核），因为没办法通过设备钻入地球深入勘查，就想出对地球发送“地震波”的方式，“横向波”与“纵向波”穿透液体和固体返回情况构建地球内部的结构。反射类比于此，这是一种对象的外部获取对象内部的构造，并且使用获取的信息来管理对象内部。.

　　反射是提供描述程序集（Assembly）、模块和类型的对象（Type类型）。 可以使用反射动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象，或从现有对象中获取类型，然后调用其方法或访问器字段和属性， 如果代码中使用了特性，还可以利用反射来访问它们。.NET反射可以在运行时（动态）获取程序或程序集、程序集的类、接口、委托、类中的成员。主要使用方式通过程序集（dll）名称动态加载程序集；通过程序集中的类反射动态创建类实例对象，操作实例对象；通过已经创建的对象反射获取对象中的方法、属性、参数进行执行方法，设置属性值等；获取类上描述的特性（Attribute）。

二、原理

　　在面试中突然被问道反射的原理，按照理解反射就是在Reflection命名空间和对象的Type对象实例中获取类的方法、属性、特性等成员信息，但是又被问道为什么可以获取这些成员信息？就是反射机通过如下命名空间的方法为什么可以获取？让其可以使用反射来获取程序集、程序集的类、创建对象、执行方法、获取属性和特性信息。

命名空间	描述
System.Reflection.Assembly	程序集
System.Reflection.MemberInfo	成员信息
System.Reflection.EventInfo	事件
System.Reflection.FieldInfo	字段
System.Reflection.MethodBase	基类方法
System.Reflection.ConstructorInfo	构造函数
System.Reflection.MethodInfo	方法
System.Reflection.PropertyInfo	属性
System.Type	类、对象的类型对象

　　反射是如何通过上述的Reflection命名空间的类与方法获取类和方法名的？主要依据了元数据（metadata），在程序高级语言中（C#）元数据的表现形式是一种二进制信息，用以对存储在公共语言运行库（CLR）可移动执行文件（PE）或者存储在内存中程序进行描述，编译器將代码编译成PE文件时便会將元数据插入到该文件的一部分，而将代码转换为 Microsoft 中间语言 (MSIL) 并将其插入到该文件的另一部分中，所以包含元数据和使用中间语言將代码生成的部分。元数据將存储如下信息，程序集（名称、版本、区域性、公钥）、类的说明（名称、可见性、基类和实现的接口）、类的成员（方法、字段、属性、事件、嵌套的类型）等。当执行代码的时候，运行库將元数据加载到内存中，并通过引用它（元数据）来发现有关代码的类、成员、继承等信息。

　　反射是审查元数据并收集关于它的类型信息的能力，元数据（编译后的最基本数据单元）一些表，当编译程序集货模块时，编译器会创建如下信息。1、关于程序集的元数据（清单）主要包含如下信息：标识信息（包括程序集的名称、版本、文化和公钥等）；文件列表（程序集由哪些文件组成）；引用程序集列表（该程序集所引用的其他程序集）；一组许可请求（运行这个程序集需要的许可）。2、关于类型的元数据包含一个类定义表、一个字段定义表、一个方法定义表、方法参数表等，System.reflection命名空间包含的几个类，允许你反射（解析）这些元数据表的代码 。

三、使用　　

属性	用途
Assembly	程序集，定义和加载程序集、程序集的模块清单、查找程序集的类和创建该类的实例对象
Module	模块，获取模块上的程序集和类、获取模块的全局方法或者其他特定非全局方法
ConstructorInfo	构造函数，获取其名称、参数、访问修饰符（public,private,protected）、实现信息（如abstract或virtual）
MethodInfo	方法，获取其名称、返回类型、参数、访问修饰符（public,private,protected）、实现信息（如abstract或virtual）
FiedInfo	字段，获取其名称、访问修饰符（public,private,protected）和实现信息（static）；设置或获取字段的值。
EventInfo	事件，获取其名称、事件处理程序数据类型、自定义属性、声明类型和反射类型；加入和移除事件。
PropertyInfo	属性，获取其名称、数据类型、声明类型、反射类型和只读或可写状态等；设置或获取属性的值
ParameterInfo	参数、获取其名称、数据类型、是输入参数还是输出参数,以及参数在方法签名中的位置等

　　使用反射获取上述内容来操作程序集、类、对象必须获取对象的类型对象（Type类型），获取的类型对象探测内部结构信息，通过查看Type类的定义（源代码）可以看到其继承接口IReflect，MemberInfo，_Type主要包含判断对象的类型，类中的成员，属性、方法的获取等，如下代码所示。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Reflection;

namespace 反射
{
    /// <summary>
    /// 反射Demo
    /// </summary>
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Assembly assembly = typeof(int).Assembly;

            // 获取类型对象的方式
            var str = "Reflection";

            var t1 = typeof(string);// 获取类的类型对象

            var t2 = str.GetType();// 获取对象的类型对象

            var t3 = Type.GetType("System.String"); // Type类的静态方法获取

            // 通过以上获取类型对象来探测成员信息(所有的)
            foreach (var item in t1.GetMembers())
            {
                // 输出成员类型（方法、属性、字段、构造函数）和名称
                Console.WriteLine("{0}/t/t{1}", item.MemberType, item.Name);
            }

            var animalType = typeof(Animal);
            foreach (var item in animalType.GetMembers())
            {
                // 输出自定义类的成员
                Console.WriteLine("{0}/t/t{1}", item.MemberType, item.Name);
            }

            // 1、创建一个对象，获取对象类的方法，通过Invoke的方式执行方法（注意匹配参数）
            var catAnimal = new Animal("cat");
            var eatMethod = animalType.GetMethod("Eat");
            eatMethod.Invoke(catAnimal,new object[] { "food"});

            // 2、通过构造函数创建对象（Activator远程创建对象），并且获取类型方法，使用对象执行方法
            var pars = new object[] {"dog" };
            object obj = Activator.CreateInstance(animalType, pars);
            var flyMethod = animalType.GetMethod("Fly");
            flyMethod.Invoke(obj, null);

            // 3、通过Animal类的Type对象获取字段type，然后使用构造函数创建的对象赋值这个字段值，并且获取值
            FieldInfo typeFieldInfo = animalType.GetField("type");// 如果字段设置是private修饰符，无法获取对象
            typeFieldInfo.SetValue(obj, "猫科类");
            Console.WriteLine("obj对象的字段type值{0}", typeFieldInfo.GetValue(obj));

            // 4、通过Animal类的Type对象获取属性Name
            PropertyInfo namePropertyInfo = animalType.GetProperty("Name");
            namePropertyInfo.SetValue(obj, "bird");
            Console.WriteLine("obj对象的属性Name值{0}", namePropertyInfo.GetValue(obj));
            
            Console.ReadKey();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 接口
    /// </summary>
    public interface IAnimal
    {
        void Eat(string food);
        void Fly();
    }

    /// <summary>
    /// 类
    /// </summary>
    [Serializable]
    public class Animal : IAnimal
    {
        public  string type;
        /// <summary>
        /// 属性
        /// </summary>
        public string Name { get; set; }

        /// <summary>
        /// 默认构造函数
        /// </summary>
        public Animal()
        {
        }

        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        /// <param name="name"></param>
        public Animal(string name)
        {
            Name = name;
        }

        /// <summary>
        /// 动物吃东西
        /// </summary>
        /// <param name="food"></param>
        public void Eat(string food)
        {
            Console.WriteLine("动物{0}在吃{1}", Name, food);
        }

        /// <summary>
        /// 动物飞起来
        /// </summary>
        public void Fly()
        {
            Console.WriteLine("动物{0}在飞", Name);
        }
    }
}

　　通过System.Reflection.Assembly来动态加载程序集查找程序集的类，使用类创建对象实例，使用获取的对象实例访问方法、属性、字段等内容。Assembly  assembly= Assembly.Load("程序集路径dll或者exe");方法加载程序集。assembly.CreateInstance("类的完全限定名称，命名空间.类名称")方法创建类实例，通过实例执行类操作。反射在实际开发中，比如对于数据的ORM，通过反射的方式把DataTable转换成关系对象；在执行方法需要依据实际情况进行选择的时候可以动态执行；在asp.net mvc的框架中路由、控制器、方法中也是广泛使用了反射。

四、总结

　　反射的优缺点，优点是提高程序的灵活性和扩展性；降低耦合，提高自适应能力；对任何类的无需硬编码在运行时进行绑定。缺点是性能问题，反射通过获取元数据的描述内容，查找，创建过程相对直接使用是慢的；反射的模糊程序内部逻辑，没有依据代码，直接获取对象信息影响代码的阅读和维护。

　　在实际开发中，由于其缺点问题，所以基本不怎么使用反射的功能，但是必须了解反射的机制，因为在很多封装的框架模块中都应用了反射的特性，对于源码的阅读理解有很大的帮助。

　　通过面试被问到反射的原理，基于目前知识面只是知道反射是什么，怎么使用的，因为这件事情促使进一步深究了解到程序集，元数据的内容，了解到反射实现机制。从而对整个知识串联起来，形成一个体系，融会贯通。所以技术的学习过程是一个深入探究的过程，形成体系的过程，融会贯通的过程。