跟着AI学习C# Day27

📅 Day 27：C# 中的反射（Reflection）与元编程

✅ 学习目标：

理解什么是 反射（Reflection）；
掌握如何在运行时动态获取类型信息、创建实例、调用方法；
使用反射实现通用逻辑（如对象克隆、属性赋值等）；
理解反射在框架开发中的典型应用（依赖注入、序列化、ORM）；
了解 System.Reflection.Emit 实现动态代码生成；
掌握性能优化技巧（缓存反射结果、使用表达式树代替 Invoke）；
编写一个基于反射的通用对象克隆器。

🧠 一、什么是反射？

反射（Reflection） 是 .NET 提供的一种机制，允许你在运行时查看程序集（Assembly）中的类型信息，并动态创建对象、访问成员、调用方法等。

主要用途：

场景	示例
动态加载程序集	插件系统、模块化架构
获取类型信息	查看类、接口、方法、属性等
创建实例和调用方法	工厂模式、依赖注入容器
属性操作	数据绑定、ORM 映射
自定义特性解析	验证模型、权限控制
表达式树构建	构建 LINQ 查询、动态条件过滤

🔍 二、基本反射操作

1️⃣ 获取类型信息

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Type type = typeof(string);
Console.WriteLine("类型名称：" + type.FullName);

或通过对象获取：

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Person person = new Person();
Type type = person.GetType();

2️⃣ 获取构造函数并创建实例

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Type type = typeof(Person);
object obj = Activator.CreateInstance(type);

指定参数：

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object obj = Activator.CreateInstance(type, "张三", 25);

3️⃣ 获取方法并调用

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MethodInfo method = type.GetMethod("SayHello");
method.Invoke(obj, null);

带参数的方法：

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MethodInfo method = type.GetMethod("SetName", new[] { typeof(string) });
method.Invoke(obj, new object[] { "李四" });

4️⃣ 获取属性并读取/设置值

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PropertyInfo prop = type.GetProperty("Name");
string name = (string)prop.GetValue(obj);
prop.SetValue(obj, "王五");

5️⃣ 获取字段并操作

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FieldInfo field = type.GetField("_age", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
field.SetValue(obj, 30);
int age = (int)field.GetValue(obj);

💡 三、反射的应用场景

应用	反射的作用
ORM 框架（如 EF Core）	将数据库记录映射为实体对象
JSON 序列化（如 Newtonsoft.Json）	读取对象属性并转换为 JSON 字符串
依赖注入容器	根据配置自动解析服务和依赖
单元测试框架（xUnit/NUnit）	找到所有测试方法并执行
MVC/Web API 框架	路由匹配、Action 方法调用
插件系统	动态加载 DLL 并调用其中的方法

🧱 四、Expression 替代反射提高性能

反射虽然强大，但性能较低。可以通过 表达式树（Expression Tree） 或 委托缓存 来优化。

示例：构建属性访问委托

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public static Func<T, string> CreatePropertyGetter<T>(string propertyName)
{
    ParameterExpression param = Expression.Parameter(typeof(T));
    MemberExpression property = Expression.Property(param, propertyName);
    UnaryExpression cast = Expression.Convert(property, typeof(string));
    return Expression.Lambda<Func<T, string>>(cast, param).Compile();
}

使用：

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var getter = CreatePropertyGetter<Person>("Name");
Person p = new Person { Name = "Tom" };
Console.WriteLine(getter(p));  // 输出 Tom

🧩 五、动态代码生成（System.Reflection.Emit）

你可以使用 System.Reflection.Emit 在运行时生成新的类型和方法，用于高性能场景（如 AOP、代理类生成、动态编译）。

示例：动态创建一个类并调用方法

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AssemblyName assemblyName = new AssemblyName("DynamicAssembly");
AssemblyBuilder assemblyBuilder = AssemblyBuilder.DefineDynamicAssembly(assemblyName, AssemblyBuilderAccess.Run);
ModuleBuilder moduleBuilder = assemblyBuilder.DefineDynamicModule("MainModule");

TypeBuilder typeBuilder = moduleBuilder.DefineType("MyDynamicClass", TypeAttributes.Public);
MethodBuilder methodBuilder = typeBuilder.DefineMethod(
    "SayHello",
    MethodAttributes.Public | MethodAttributes.Static,
    typeof(void),
    Type.EmptyTypes);

ILGenerator il = methodBuilder.GetILGenerator();
il.EmitWriteLine("Hello from dynamic class!");
il.Emit(OpCodes.Ret);

Type dynamicType = typeBuilder.CreateType();
MethodInfo method = dynamicType.GetMethod("SayHello");
method.Invoke(null, null);  // 输出：Hello from dynamic class!

💪 六、实战练习：通用对象克隆器

功能要求：

支持任意类型的对象深拷贝；
使用反射复制所有公共属性；
忽略只读属性；
返回新实例。

示例代码：

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public static T Clone<T>(T source) where T : class, new()
{
    if (source == null) return null;

    T target = new T();

    foreach (PropertyInfo prop in typeof(T).GetProperties(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance))
    {
        if (!prop.CanRead || !prop.CanWrite) continue;

        object value = prop.GetValue(source);
        prop.SetValue(target, value);
    }

    return target;
}

使用示例：

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Person original = new Person { Name = "Alice", Age = 30 };
Person copy = Clone(original);

⚡ 七、性能优化建议

技术	说明
缓存 MethodInfo / PropertyInfo	避免重复反射查询
使用委托替代 Invoke	性能提升可达几十倍
使用 Expression Tree 构建委托	更安全、更高效
使用 `System.Runtime.CompilerServices.Unsafe`	高性能场景下直接操作内存
使用 Source Generator（C# 9+）	在编译期生成代码，避免运行时反射

📝 小结

今天你学会了：

什么是反射及其作用；
如何在运行时获取类型信息、创建实例、调用方法；
掌握了反射在框架开发中的典型应用场景；
学会了使用表达式树优化反射性能；
了解了 System.Reflection.Emit 实现动态代码生成；
编写了一个基于反射的通用对象克隆器；
掌握了多种反射性能优化技巧。

反射是 C# 强大而灵活的特性之一，尤其适用于构建插件系统、ORM、序列化库、AOP 等高级框架。

🧩 下一步学习方向（Day 28）

明天我们将进入一个新的主题 ------ C# 中的源生成器（Source Generators）与编译时元编程，你将学会：

什么是源生成器（Source Generator）；
如何在编译阶段生成 C# 代码；
使用源生成器替代运行时反射；
构建高性能、零运行时开销的实用工具；
实现一个基于源生成器的自动化 DTO 映射器；
掌握 Roslyn 编译器扩展的基本原理。