C#基础：反射 | VyronLee's Notebook

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基本概念

什么是反射

在C#中，反射（Reflection）是.NET框架提供的一个机制，它使得程序可以在运行时获取类型的信息，并对该类型的成员进行访问和操作。反射能够动态地创建对象、调用方法、访问字段和属性，甚至可以修改类型定义。

作用与优势

反射的主要作用包括动态类型检查、动态调用和动态编程。它使得开发者能够编写更加灵活和可扩展的代码。反射的优势在于它提供了一种在编译时无法确定的情况下，于运行时探查和操纵对象的能力。

工作原理

元数据（Metadata）

在.NET中，所有的类型信息都存储在称为元数据（Metadata）的结构中。当程序集（Assembly）被加载到Common Language Runtime（CLR）时，CLR会使用这些元数据来了解类型的定义。

基本流程

反射的基本流程包括三个步骤：加载程序集、获取类型信息、操纵类型成员。首先，程序使用Assembly类加载程序集，然后通过类型名称获取Type对象，最后通过Type对象访问和操作成员。System.Reflection命名空间中的MethodInfo、FieldInfo、PropertyInfo类，分别可用于操作对象的函数、字段以及属性。

示例代码

使用场景

反射的用途相当丰富，例如：

实现插件架构，可以在不重新编译主程序的情况下，动态加载和卸载插件。

在对象关系映射（ORM）中，用于动态地将数据库中的数据映射到对象属性。

通过反射，可以读取自定义属性（Attribute），这在配置框架和各种扩展中非常有用。

性能考量

虽然反射非常强大，但它也会带来性能开销，因为反射操作通常比直接代码访问要慢。

原因

动态类型检查：当你使用直接代码调用方法或访问成员时，编译器可以在编译时期就解析这些调用，并生成针对这些特定操作的优化过的机器码。然而，反射操作是在运行时进行的，必须动态地解析类型信息。这需要额外的时间来检查对象的类型信息，解析方法名称、参数类型等。

运行时安全检查：反射调用需要进行额外的安全检查。例如，当你通过反射调用一个方法时，运行时需要确保该方法的访问权限（如public、private等），并且要检查调用者是否有权执行该方法。这些检查在直接调用时通常是在编译时完成的或者根本不需要。

间接调用：反射通过间接的方式调用方法或访问成员，这比直接的方法调用（直接通过方法表指针或直接跳转到方法地址）要慢。反射需要通过中间层来解析和调度调用，这增加了额外的开销。

参数传递的开销：使用反射调用方法时，参数通常是作为对象数组（object[]）传递的。这意味着即使是值类型参数也会被装箱，而且必须处理数组的创建和初始化。直接调用方法时，编译器可以使用更优化的方式传递参数。

缺乏编译器优化：反射代码通常不会受益于编译器的静态分析和优化，因为反射的动态特性限制了编译器能够提前知晓的信息。例如，内联展开等优化在反射调用中无法实现。

缓存机制的缺失：在直接调用中，许多方法调用可以被CPU缓存优化，因为它们的地址是固定的。而反射调用通常不会被缓存，因为每次调用可能都需要重新解析。

优化

选择正确的绑定标志：在使用反射时，如果你能够准确指定绑定标志（BindingFlags），那么可以减少反射搜索的范围，提高性能。

缓存反射结果：如果你需要多次访问相同的方法、字段或属性，可以将反射得到的 MethodInfo、FieldInfo、PropertyInfo 等对象缓存起来，以后就可以直接使用这些缓存对象，避免重复的反射解析过程。

使用委托：反射获取到 MethodInfo 后，可以通过 CreateDelegate 方法将其转换为委托，然后调用该委托。委托调用的速度接近直接调用，因为它避免了每次调用都进行反射解析的开销。

使用表达式树：对于一些复杂的反射操作，可以考虑使用表达式树（System.Linq.Expressions）。表达式树可以编译成委托，执行速度快于反射调用，尤其是在需要频繁执行的场景中。

总结

反射为C#开发者提供了极大的灵活性和动态性，它可以在编译时未知的场景下，实现类型的动态操作。尽管反射功能强大，但应谨慎使用，以避免不必要的性能损失。在性能敏感的应用中，应尽量减少反射的使用，或者寻找更高效的替代方案。