C#的擴(kuò)展方法解析

在使用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，較多的會(huì)使用到“繼承”的特性，但是并非所有的場(chǎng)景都適合使用“繼承”特性，在設(shè)計(jì)模式的一些基本原則中也有較多的提到。

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繼承的有關(guān)特性的使用所帶來(lái)的問(wèn)題：對(duì)象的繼承關(guān)系實(shí)在編譯時(shí)就定義好了，所以無(wú)法在運(yùn)行時(shí)改變從父類繼承的實(shí)現(xiàn)。子類的實(shí)現(xiàn)與它父類有非常緊密的依賴關(guān)系，以至于父類實(shí)現(xiàn)中的任何變化必然會(huì)導(dǎo)致子類發(fā)生變化。當(dāng)你需要復(fù)用子類時(shí)，如果繼承下來(lái)的實(shí)現(xiàn)不適合解決新的問(wèn)題，則父類必須重寫(xiě)它或被其他更適合的類替換，這種依賴關(guān)系限制了靈活性并最終限制了復(fù)用性。替代繼承特性的方式，較多的會(huì)采用合成/聚合復(fù)用原則，“合成/聚合復(fù)用原則”：盡量使用合成/聚合，盡量不要使用類繼承。

如果在新類型的對(duì)象應(yīng)當(dāng)攜帶有關(guān)額外行為的細(xì)節(jié)，在使用繼承特性時(shí)，有時(shí)可能不太適合，例如：處理指類型，密封類，或者接口時(shí)。在面對(duì)這些要求時(shí)，我們有時(shí)候會(huì)寫(xiě)一些靜態(tài)類包含一些靜態(tài)方法。但是過(guò)多的靜態(tài)方法會(huì)造成額外的不必要的開(kāi)銷。

一.擴(kuò)展方法概述：

面對(duì)以上的有關(guān)“繼承”的問(wèn)題，以及在面對(duì)項(xiàng)目的一些需求時(shí)，我們需要解決這些問(wèn)題的方式就是“擴(kuò)展方法”。在C#3.0中引入了“擴(kuò)展方法”，既有靜態(tài)方法的優(yōu)點(diǎn)，又使調(diào)用它們的代碼的可讀性得到了提高。在使用擴(kuò)展方法時(shí)，可以像調(diào)用實(shí)例方法那樣調(diào)用靜態(tài)方法。

1.擴(kuò)展方法的基本原則：

(1).C#只支持?jǐn)U展方法，不支持?jǐn)U展屬性、擴(kuò)展事件、擴(kuò)展操作符等。

(2).擴(kuò)展方法（第一個(gè)參數(shù)前面是this的方法）必須在非泛型的靜態(tài)類中聲明，擴(kuò)展方法必須有一個(gè)參數(shù)，而且只有第一個(gè)參數(shù)使用this標(biāo)記。

(3).C#編譯器查找靜態(tài)類中的擴(kuò)展方法時(shí)，要求這些靜態(tài)類本身必須具有文件作用域。

(4).C#編譯要求“導(dǎo)入”擴(kuò)展方法。（靜態(tài)方法可以任意命名，C#編譯器在尋找方法時(shí)，需要花費(fèi)時(shí)間進(jìn)行查找，需要檢查文件作用域中的所有的靜態(tài)類，并掃描它們的所有靜態(tài)方法來(lái)查找一個(gè)匹配）

(5).多個(gè)靜態(tài)類可以定義相同的擴(kuò)展方法。

(6).用一個(gè)擴(kuò)展方法擴(kuò)展一個(gè)類型時(shí)，同時(shí)也擴(kuò)展了派生類型。

2.擴(kuò)展方法聲明：

(1).必須在一個(gè)非嵌套的、非泛型型的靜態(tài)類中（所以必須是一個(gè)靜態(tài)方法）

(2).至少有一個(gè)參數(shù)。

(3).第一個(gè)參數(shù)必須附加this關(guān)鍵字做前綴。

(4).第一個(gè)參數(shù)不能有其他任何修飾符（如ref或out）。

(5).第一個(gè)參數(shù)的類型不能是指針類型。

以上的兩個(gè)分類說(shuō)明中，對(duì)擴(kuò)展方法的基本特性和聲明方式做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，有關(guān)擴(kuò)展方法的使用方式，會(huì)在后面的代碼樣例中進(jìn)行展示，再次就不再多做說(shuō)明。

二.擴(kuò)展方法原理解析：

“擴(kuò)展方法”是C#獨(dú)有的一種方法，在擴(kuò)展方法中會(huì)使用ExtensionAttribute這個(gè)attribute。

C#一旦使用this關(guān)鍵字標(biāo)記了某個(gè)靜態(tài)方法的第一個(gè)參數(shù)，編譯器就會(huì)在內(nèi)部向該方法應(yīng)用一個(gè)定制的attribute，這個(gè)attribute會(huì)在最終生成的文件的元數(shù)據(jù)中持久性的存儲(chǔ)下來(lái)，此屬性在System.Core dll程序集中。

任何靜態(tài)類只要包含了至少一個(gè)擴(kuò)展方法，它的元數(shù)據(jù)中也會(huì)應(yīng)用這個(gè)attribute，任何一個(gè)程序集包含了至少一個(gè)符合上述特點(diǎn)的靜態(tài)類，它的元數(shù)據(jù)也會(huì)應(yīng)用這個(gè)attribute。如果代碼嗲用了一個(gè)不存在的實(shí)例方法，編譯器會(huì)快速的掃描引用的所有程序集，判斷它們哪些包含了擴(kuò)展方法，然后，在這個(gè)程序集中，可以掃描包含了擴(kuò)展方法的靜態(tài)類。

如果同一個(gè)命名空間中的兩個(gè)類含有擴(kuò)展類型相同的方法，就沒(méi)有辦法做到只用其中一個(gè)類中的擴(kuò)展方法。為了通過(guò)類型的簡(jiǎn)單名稱（沒(méi)有命名控件前綴）來(lái)使用類型，可以導(dǎo)入該類型所有在的命名空間，但這樣做的時(shí)候，你沒(méi)有辦法阻止那個(gè)命名空間中的擴(kuò)展方法也被導(dǎo)入進(jìn)來(lái)。

三..NET3.5的擴(kuò)展方法Enumerable和Queryable：

在框架中，擴(kuò)展方法最大的用途就是為L(zhǎng)INQ服務(wù)，框架提供了輔助的擴(kuò)展方法，位于System.Linq命名空間下的Enumerable和Queryable類。Enumerable大多數(shù)擴(kuò)展是IEnumerable<T>,Queryable大大多數(shù)擴(kuò)展是IQueryable<T>。

1.Enumerable類中的常用方法：

(1).Range():一個(gè)參數(shù)是起始數(shù)，一個(gè)是要生成的結(jié)果數(shù)。

public static IEnumerable<int> 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<int> RangeIterator(int start, int count) { 
            for (int i = 0; i < count; i++) yield return start + i;
        }

(2).Where():對(duì)集合進(jìn)行過(guò)濾的一個(gè)方式，接受一個(gè)謂詞，并將其應(yīng)用于原始集合中的每個(gè)元素。

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

 public WhereEnumerableIterator(IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate) { 
                this.source = source;
                this.predicate = predicate; 
            }

以上分別介紹了Range()和Where()兩個(gè)方法，該類中還主要包含select()、orderby()等等方法。

2.Queryable類中的常用方法：

(1).IQueryable接口：

/// <summary>
  /// 提供對(duì)未指定數(shù)據(jù)類型的特定數(shù)據(jù)源的查詢進(jìn)行計(jì)算的功能。
  /// </summary>
  /// <filterpriority>2</filterpriority>
  public interface IQueryable : IEnumerable
  {
    /// <summary>
    /// 獲取與 <see cref="T:System.Linq.IQueryable"/> 的實(shí)例關(guān)聯(lián)的表達(dá)式目錄樹(shù)。
    /// </summary>
    /// 
    /// <returns>
    /// 與 <see cref="T:System.Linq.IQueryable"/> 的此實(shí)例關(guān)聯(lián)的 <see cref="T:System.Linq.Expressions.Expression"/>。
    /// </returns>
    Expression Expression { get; }
    /// <summary>
    /// 獲取在執(zhí)行與 <see cref="T:System.Linq.IQueryable"/> 的此實(shí)例關(guān)聯(lián)的表達(dá)式目錄樹(shù)時(shí)返回的元素的類型。
    /// </summary>
    /// 
    /// <returns>
    /// 一個(gè) <see cref="T:System.Type"/>，表示在執(zhí)行與之關(guān)聯(lián)的表達(dá)式目錄樹(shù)時(shí)返回的元素的類型。
    /// </returns>
    Type ElementType { get; }
    /// <summary>
    /// 獲取與此數(shù)據(jù)源關(guān)聯(lián)的查詢提供程序。
    /// </summary>
    /// 
    /// <returns>
    /// 與此數(shù)據(jù)源關(guān)聯(lián)的 <see cref="T:System.Linq.IQueryProvider"/>。
    /// </returns>
    IQueryProvider Provider { get; }
  }

(2).Where():

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

(3).Select():

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

以上是對(duì)擴(kuò)展方法中兩個(gè)類進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的解析。

四.擴(kuò)展方法實(shí)例：

由于擴(kuò)展方法實(shí)際是對(duì)一個(gè)靜態(tài)方法的調(diào)用，所以CLR不會(huì)生成代碼對(duì)調(diào)用方法的表達(dá)式的值進(jìn)行null值檢查

1.異常處理代碼：

/// <summary>
    /// 為參數(shù)驗(yàn)證提供有用的方法
    /// </summary>
    public static class ArgumentValidator
    {
        /// <summary>
        /// 如果argumentToValidate為空，則拋出一個(gè)ArgumentNullException異常
        /// </summary>
        public static void ThrowIfNull(object argumentToValidate, string argumentName)
        {
            if (null == argumentName)
            {
                throw new ArgumentNullException("argumentName");
            }

            if (null == argumentToValidate)
            {
                throw new ArgumentNullException(argumentName);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 如果argumentToValidate為空，則拋出一個(gè)ArgumentException異常
        /// </summary>
        public static void ThrowIfNullOrEmpty(string argumentToValidate, string argumentName)
        {
            ThrowIfNull(argumentToValidate, argumentName);

            if (argumentToValidate == string.Empty)
            {
                throw new ArgumentException(argumentName);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 如果condition為真，則拋出ArgumentException異常
        /// </summary>
        /// <param name="condition"></param>
        /// <param name="msg"></param>
        public static void ThrowIfTrue(bool condition, string msg)
        {
            ThrowIfNullOrEmpty(msg, "msg");

            if (condition)
            {
                throw new ArgumentException(msg);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 如果指定目錄存在該文件則拋出FileNotFoundException異常
        /// </summary>
        /// <param name="fileSytemObject"></param>
        /// <param name="argumentName"></param>
        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);
        }

        /// <summary>
        /// 格式化字符串和使用<see cref="CultureInfo.InvariantCulture">不變的文化</see>.
        /// </summary>
        /// <remarks>
        /// <para>這應(yīng)該是用于顯示給用戶的任何字符串時(shí)使用的“B”>“B”>“”。它意味著日志
        ///消息，異常消息，和其他類型的信息，不使其進(jìn)入用戶界面，或不會(huì)
        ///無(wú)論如何，對(duì)用戶都有意義；）.</para>
        /// </remarks>
        public static string FormatInvariant(this string format, params object[] args)
        {
            ThrowIfNull(format, "format");

            return 0 == args.Length ? format : string.Format(CultureInfo.InvariantCulture, format, args);
        }

        /// <summary>
        /// 如果時(shí)間不為DateTimeKind.Utc，則拋出ArgumentException異常
        /// </summary>
        /// <param name="argumentToValidate"></param>
        /// <param name="argumentName"></param>
        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.枚舉擴(kuò)展方法：

public static class EnumExtensions
    {
        /// <summary>
        /// 獲取名字
        /// </summary>
        /// <param name="e"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string GetName(this Enum e)
        {
            return Enum.GetName(e.GetType(), e);
        }

        /// <summary>
        /// 獲取名字和值
        /// </summary>
        /// <param name="enumType">枚舉</param>
        /// <param name="lowerFirstLetter">是否轉(zhuǎn)化為小寫(xiě)</param>
        /// <returns></returns>
        public static Dictionary<string, int> GetNamesAndValues( this Type enumType, bool lowerFirstLetter)
        {
            //由于擴(kuò)展方法實(shí)際是對(duì)一個(gè)靜態(tài)方法的調(diào)用，所以CLR不會(huì)生成代碼對(duì)調(diào)用方法的表達(dá)式的值進(jìn)行null值檢查
            ArgumentValidator.ThrowIfNull(enumType, "enumType");
            //獲取枚舉名稱數(shù)組
            var names = Enum.GetNames(enumType);
            //獲取枚舉值數(shù)組
            var values = Enum.GetValues(enumType);

            var d = new Dictionary<string, int>(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;
        }

        /// <summary>
        /// 轉(zhuǎn)換為小寫(xiě)
        /// </summary>
        /// <param name="s"></param>
        /// <returns></returns>
        public static string LowerFirstLetter(this string s)
        {
            ArgumentValidator.ThrowIfNull(s, "s");

            return char.ToLowerInvariant(s[0]) + s.Substring(1);
        }
    }

五.總結(jié)：

在本文中，主要對(duì)擴(kuò)展方法進(jìn)行了一些規(guī)則說(shuō)明、聲明方式，使用方式，以及對(duì)擴(kuò)展方法的意義和擴(kuò)展方法的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的解答。并在本文的最后給了一個(gè)枚舉的擴(kuò)展方法代碼。

分享題目：C#的擴(kuò)展方法解析
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