詳解.NET 4.0新特性Dynamic相關(guān)知識(shí)
2010年一季度Visual Studio 2010和.NET 4.0將發(fā)布正式版，在這里我們將先體驗(yàn)一下.NET 4.0新特性Dynamic及其相關(guān)知識(shí)，希望對(duì)大家有所幫助。
前段時(shí)間看過(guò)一些關(guān)于dynamic這個(gè)C#4中的新特性，看到有些朋友認(rèn)為dynamic的弊大于利，如無(wú)法使用編譯器智能提示，無(wú)法在編譯時(shí)做靜態(tài)類(lèi)型檢查，性能差等等。因此在這篇文章中我將就這些問(wèn)題來(lái)對(duì)dynamic做一個(gè)較詳細(xì)的介紹，希望通過(guò)這篇文章，能使大家對(duì)dynamic關(guān)鍵字有個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)。
#T#
dynamic介紹
相信很多人應(yīng)該都已經(jīng)對(duì)Anders Hejlsberg在PDC2008上所做的那篇”The Future of C#”(注1) 都有所了解了，當(dāng)時(shí)的這篇演講已經(jīng)介紹了C#4.0的一些最重要的特性。Anders提到C#的未來(lái)時(shí)候指出C#4.0的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)編程，他同時(shí)也列舉了很多在4.0中關(guān)于動(dòng)態(tài)編程的例子，這里我具體講一講他首先提到的dynamic關(guān)鍵字。
提到dynamic，我首先想到的是var關(guān)鍵字。事實(shí)上，當(dāng)var在C#3.0中剛剛出現(xiàn)的時(shí)候就引起了一些人的質(zhì)疑，后來(lái)微軟解釋var只是隱含類(lèi)型聲明符，并且只能用作局部變量，它其實(shí)仍然是強(qiáng)類(lèi)型，只不過(guò)是編譯器由初始化結(jié)果推斷而來(lái)，所以對(duì)這個(gè)變量仍然可以可以使用VS的只能提示。現(xiàn)在dynamic則真正往動(dòng)態(tài)特性邁進(jìn)了一大步，根據(jù)Anders的解釋?zhuān)琩ynamic是指動(dòng)態(tài)的靜態(tài)類(lèi)型，也就是說(shuō)它本質(zhì)上仍然是靜態(tài)類(lèi)型，只不過(guò)它告訴編譯器忽略對(duì)它的靜態(tài)類(lèi)型檢查，它會(huì)在運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行類(lèi)型檢查，它可以應(yīng)用在基本上所有的C#類(lèi)型上面，如方法，操作符，索引器，屬性，字段，它其實(shí)是通過(guò)統(tǒng)一的方式來(lái)調(diào)用方法、屬性等操作。
dynamic主要用與需要與外界(COM,DLR,HTML DOM,XML等)的交互的場(chǎng)合，在這些時(shí)候，你很可能不能確定這些對(duì)象的具體類(lèi)型而僅僅知道它的一些屬性，如方法等，因此這些時(shí)候你僅僅告訴編譯器你需要在程序運(yùn)行這里執(zhí)行這些方法，至于操作對(duì)象是什么，你可能并不關(guān)心。這個(gè)時(shí)候，靜態(tài)類(lèi)型無(wú)法幫你解決問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兪窃诰幾g時(shí)就已經(jīng)決定了的，反射雖然能做大，但畢竟太麻煩，而且效率較低。因此dynamic適時(shí)的出現(xiàn)了，它用編譯時(shí)類(lèi)型檢查缺失的代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)讓程序員看起來(lái)很干凈的代碼。
dynamic的聲明和使用很簡(jiǎn)單，跟javascript中的var基本是一致的。需要注意的是，在編譯代碼之前我們首先需要安裝VS 2010 Beta2或Visual C# Express 2010，我這里安裝的是C# Express(注2)。e.g.代碼1:
- class Program{static void main()
- {
- dynamic a=7;a.Error=”Error”;a=”Test”;a.Run();
- }}
這段代碼可以通過(guò)編譯，但無(wú)法運(yùn)行。C#編譯器允許你對(duì)a對(duì)象調(diào)用任何方法或其他成員，它并不會(huì)在編譯時(shí)檢查這些成員調(diào)用是否合法，取而代之的是，編譯器會(huì)在運(yùn)行時(shí)檢查實(shí)際的對(duì)象是否具有相應(yīng)的方法，如果有，則調(diào)用，否則，CLR會(huì)拋出異常。如，下面的代碼將可以正常執(zhí)行：
- static dynamic Sum(dynamic obj1,dynamic obj2){
- return obj1.Age+obj2.Age;
- }
- static void main(){
- var animal=new{Sex=”Male”,Age=”5”};
- var plant=new{Class=”草本”,Age=100};
- dynamic ageCount=Sum(animal+plant);}
這里我們對(duì)兩個(gè)不同對(duì)象的年齡相加，在sum函數(shù)中，我們根本就不關(guān)心我們調(diào)用的對(duì)象是什么，而僅僅需要知道他們都有Age成員，并且這個(gè)成員能夠進(jìn)行+操作符運(yùn)算。事實(shí)上，在與DLR的交互和Silverlight中，這種場(chǎng)景將會(huì)大量存在，因此dynamic在這些場(chǎng)合將會(huì)非常有用。
探討玩使用情況之后我們?cè)賮?lái)看看dynamic到底是如何實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上通過(guò)Reflector查看代碼你會(huì)發(fā)現(xiàn)它顯示的代碼是這樣的：
- internal class Program
- { // Methods private static void Main(string[] args)
- { object a = 7;
- if (<Main>o__SiteContainer0.<>p__Site1 == null) {
- <Main>o__SiteContainer0.<>p__Site1 =
- CallSite<Func<CallSite, object, string, object>>.Create
- (Binder.SetMember(CSharpBinderFlags.None, "Error", typeof(Program), new CSharpArgumentInfo[]
- { CSharpArgumentInfo.Create(CSharpArgumentInfoFlags.None,
- null), CSharpArgumentInfo.Create(CSharpArgumentInfoFlags.LiteralConstant | CSharpArgumentInfoFlags.UseCompileTimeType,
- null) }));
- } <Main>o__SiteContainer0.<>p__Site1.Target
- (<Main>o__SiteContainer0.<>p__Site1, a, "Error");
- a = "Test";
- if (<Main>o__SiteContainer0.<>p__Site2 == null)
- {
- <Main>o__SiteContainer0.<>p__Site2 = CallSite<Action<CallSite, object>>.Create(Binder.InvokeMember
- (CSharpBinderFlags.ResultDiscarded, "Run", null, typeof(Program), new CSharpArgumentInfo[]
- { CSharpArgumentInfo.Create(CSharpArgumentInfoFlags.None, null) }));
- } <Main>o__SiteContainer0.<>p__Site2.Target(<Main>o__SiteContainer0.<>p__Site2, a);
- } // Nested Types [CompilerGenerated] private static class <Main>o__SiteContainer0
- { // Fields public static CallSite<Func<CallSite, object, string, object>> <>p__Site1;
- public static CallSite<Action<CallSite, object>> <>p__Site2;
- }}
大家可以可以從代碼中看到，實(shí)際上dynamic對(duì)象就是object對(duì)象，在編譯的時(shí)候編譯器會(huì)給每個(gè)不同的方法在類(lèi)的嵌套靜態(tài)類(lèi)SiteContainer生成不同的CallSite字段，這些CallSite會(huì)將綁定調(diào)用方法的信息，當(dāng)需要真正調(diào)用方法的時(shí)候，它會(huì)調(diào)用由編譯器生成的嵌套靜態(tài)類(lèi)SiteContainer中的CallSite來(lái)調(diào)用實(shí)際方法，這里CLR通過(guò)將調(diào)用的方法設(shè)置為靜態(tài)變量來(lái)達(dá)到Cache的目的，也就是如果該方法是第一次調(diào)用，那么它會(huì)創(chuàng)建該類(lèi)型，否則，它會(huì)直接調(diào)用之前生成的靜態(tài)CallSite類(lèi)型來(lái)調(diào)用實(shí)際方法。這對(duì)大批量重復(fù)操作來(lái)說(shuō)，可以顯著提高效率。我將在后文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試。
使用舉例
好了，介紹完dynamic之后我們來(lái)討論下這個(gè)新特性的使用場(chǎng)景吧，關(guān)于dynamic的使用例子，其實(shí)Anders 在他的演講中已經(jīng)展示了很多例子。我這里首先對(duì)這些例子做個(gè)總結(jié)，1. SilverLight中與javascript交互，在視頻中他不僅演示了我們?nèi)绾握{(diào)用HTML中的Javascript 方法，Anders甚至給我們演示了如何直接在C#代碼中加入Javascipt方法;2. 這個(gè)例子是C#和動(dòng)態(tài)語(yǔ)言IronPython交互的情況，在這個(gè)例子中，他演示我們?nèi)绾沃苯诱{(diào)用一個(gè)在Python中定義的Calculate方法。3. 除了這些，他還演示了通過(guò)Dynamic干凈直觀(guān)的操作XML。
這里我額外補(bǔ)充兩個(gè)使用dynamic的例子，實(shí)際上這只是我提供的一種思路，如果你覺(jué)得他們的實(shí)現(xiàn)并不好，我很歡迎你提出不同的意見(jiàn)或更恰當(dāng)?shù)睦印?/p>
1. 讓泛型支持操作符重載。
我曾經(jīng)在復(fù)習(xí)泛型的時(shí)候提到過(guò).NET泛型是不支持操作符的，因?yàn)椴僮鞣蔷幾g器決定的，而泛型是運(yùn)行時(shí)決定。所以如果你想對(duì)兩個(gè)泛型變量進(jìn)行+的操作是無(wú)法通過(guò)編譯的。事實(shí)上，在Linq實(shí)現(xiàn)Sum操作的時(shí)候也是通過(guò)對(duì)所有基本數(shù)據(jù)類(lèi)型(e.g.int,long)的重載來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但有了dynamic,這種操作將變得可能。e.g.
- class MyList<T>{
- public List<T> Items { get; set; }
- public T Sum() {
- dynamic result = default(T);
- foreach (var temp in Items)
- {
- result += temp; }
- return result; }}
這里由于我們將Result聲明為dynamic類(lèi)型，所以編譯器不會(huì)檢查其是否能進(jìn)行+操作，但這里我們有個(gè)契約就是這個(gè)求和函數(shù)中的類(lèi)型應(yīng)支持+運(yùn)算?，F(xiàn)在我們可以對(duì)這個(gè)類(lèi)進(jìn)行如下操作：
- MyList<int> l1=new MyList<int>()…dynamic a= l1.Sum();
- MyList<String> l2=new MyList<String>()…. a=l2.Sum();
另外一個(gè)就是XML操作了，由于XML中所有的屬性都是string類(lèi)型的，但有時(shí)我們又卻是需要使用其實(shí)際類(lèi)型，這時(shí)dynamic也很有用。這里給出我看到的一個(gè)認(rèn)為不錯(cuò)的例子，你可以參看這篇文章：
首先我們定義一個(gè)繼承DynamicObject的動(dòng)態(tài)類(lèi)型。
代碼
- public class DynamicXMLNode : DynamicObject{
- XElement node;
- public DynamicXMLNode(XElement node) {
- this.node = node;
- }
- public DynamicXMLNode()
- { }
- public DynamicXMLNode(String name)
- { node = new XElement(name);
- }
- public override bool TrySetMember(
- SetMemberBinder binder, object value)
- {
- XElement setNode = node.Element(binder.Name);
- if (setNode != null)
- setNode.SetValue(value);
- else {
- if (value.GetType() == typeof(DynamicXMLNode))
- node.Add(new XElement(binder.Name));
- else
- node.Add(new XElement(binder.Name, value));
- }
- return true;
- }
- public override bool TryGetMember(GetMemberBinder binder, out object result)
- {
- XElement getNode = node.Element(binder.Name);
- if (getNode != null)
- {
- result = new DynamicXMLNode(getNode);
- return true; }
- else {
- result = null;
- return false;
- } }}
定義好動(dòng)態(tài)XML節(jié)點(diǎn)類(lèi)之后，我們可以像下面這樣使用它。
- dynamic contact = new DynamicXMLNode
- ("Contacts");contact.Name = "Patrick
- Hines";contact.Phone = "206-555-0144";
- contact.Address = new DynamicXMLNode();
- contact.Address.Street = "123 Main St";
- contact.Address.City = "Mercer Island";
- contact.Address.State = "WA";contact.Address.Postal = "68402";
是不是真正做到了XML對(duì)象和C#對(duì)象的無(wú)縫銜接了？
不足
1. 無(wú)法支持?jǐn)U展方法。由于擴(kuò)展方法能否被加載是根據(jù)上下文，如DLL的引用和命名空間的引用這些靜態(tài)信息來(lái)獲取的，目前dynamic還不支持調(diào)用擴(kuò)展方法。這也意味著Linq沒(méi)辦法被dynamic支持。
2.無(wú)法支持匿名方法。匿名方法(Lamda表達(dá)式)無(wú)法作為一個(gè)動(dòng)態(tài)方法調(diào)用的參數(shù)傳遞。編譯器沒(méi)辦法獲取一個(gè)匿名方法的具體類(lèi)型，所以它也就沒(méi)辦法綁定匿名方法了。
性能？
很多朋友考慮dynamic一個(gè)很重要的缺點(diǎn)就是認(rèn)為它本質(zhì)還是object類(lèi)型，只不過(guò)CLR在運(yùn)行時(shí)候通過(guò)反射來(lái)達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)用的目的。確實(shí)沒(méi)錯(cuò)，跟普通方法調(diào)用比較，動(dòng)態(tài)類(lèi)型的方法在第一次調(diào)用的時(shí)候要做很多的事情，它需要把調(diào)用的信息存放起來(lái)，然后在真正用到這個(gè)方法的時(shí)候通過(guò)CallSite.Create()來(lái)調(diào)用實(shí)際的方法，當(dāng)然這個(gè)Create里面也是通過(guò)反射來(lái)達(dá)到目的的。
不過(guò)這是否意味著dynamic還不如反射的性能呢？答案是否的，事實(shí)上，看我上面的代碼你會(huì)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)對(duì)象在每次調(diào)用方法的時(shí)候都會(huì)先判斷這個(gè)callSite對(duì)象是否是空的，如果不是空的，它可以直接調(diào)用而不需要重新實(shí)例化，所以如果你的對(duì)象的方法需要有很多重復(fù)使用的時(shí)候，它的性能其實(shí)并不會(huì)太差。下面我將給出測(cè)試的代碼。
這里我的測(cè)試目標(biāo)是對(duì)一個(gè)大型數(shù)組進(jìn)行求和操作，在這個(gè)測(cè)試中，由于系統(tǒng)是XP，我使用了裝配腦袋寫(xiě)的性能計(jì)數(shù)器，你可以參看對(duì)老趙寫(xiě)的簡(jiǎn)單性能計(jì)數(shù)器的修改。首先，我需要定義一個(gè)支持+操作符的結(jié)構(gòu)(我本來(lái)想直接使用int，但測(cè)試的時(shí)候不知為何int的相加運(yùn)算符無(wú)法調(diào)用)
- public struct MyData{
- public int Value;
- public MyData(int value)
- {
- this.Value = value;
- }
- public static MyData operator +(MyData var1,MyData var2)
- {
- return new MyData(var1.Value+var2.Value);
- }}
然后我為了免去重復(fù)初始化列表的過(guò)程，我簡(jiǎn)單將普通方法調(diào)用，Dynamic方式調(diào)用和反射調(diào)用設(shè)計(jì)成一個(gè)嵌套類(lèi)，見(jiàn)代碼：
- public class MyTest{
- public static List<MyData> Items
- { get; set;
- }
- public MyTest(int count)
- { Items = new List<MyData>(count);
- for (int i = 0; i < count; i++) { Items.Add(new MyData(1));
- } }
- public void Run()
- {
- Console.WriteLine("Compare Times:
- {0}",Items.Count);
- CodeTimer.Time("Common", 1, new TestCommon());
- CodeTimer.Time("Dynamic", 1, new TestDynamic());
- CodeTimer.Time("Reflect", 1, new TestReflect());
- }
- public class TestCommon : IAction
- { public MyData Result { get; set; }
- public void Run()
- { Result = default(MyData); foreach (var d in Items)
- { Result += d;
- } } }
- public class TestDynamic : IAction
- { public dynamic Result { get; set; } public void Run()
- {
- Result = default(dynamic);
- foreach (dynamic d in Items)
- { Result += d;
- } }
- }
- public class TestReflect : IAction
- { public MyData Result { get; set; }
- public void Run()
- { Result = default(MyData);
- Type type = typeof(MyData);
- MethodInfo m = type.GetMethod("op_Addition", BindingFlags.Public | BindingFlags.Static);
- foreach (var d in Items) {
- Result = (MyData)(object)m.Invoke(null, new object[] { Result, d });
- } } }}
最后是調(diào)用方法：
- static void main(){
- MyTest test = new MyTest(100000);
- test.Run();
- test = new MyTest(1000000);
- test.Run();
- test = new MyTest(10000000);
- test.Run();}
最后我將給出測(cè)試結(jié)果，不過(guò)我發(fā)現(xiàn)每次測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)好像都有所不同，但數(shù)據(jù)規(guī)律大致相似。
|
普通方法 |
動(dòng)態(tài)調(diào)用 |
反射 |
|
|
數(shù)組大小 |
100,000 |
||
|
Time Elapsed |
9ms |
274ms |
442ms |
|
Time Elapsed (one) |
9ms |
274ms |
442ms |
|
CPU time |
15,625,000ns |
296,875,000ns |
484,375,000ns |
|
CPU Time (one) |
15,625,000ns |
296,875,000ns |
484,375,000ns |
|
Gen 0 |
0 |
1 |
5 |
|
Gen 1 |
0 |
0 |
0 |
|
Gen 2 |
0 |
0 |
0 |
|
數(shù)組大小 |
1,000,000 |
||
|
Time Elapsed |
42ms |
244ms |
3,736ms |
|
Time Elapsed (one) |
42ms |
244ms |
3,736ms |
|
CPU time |
62,500,000ns |
281,250,000ns |
4,140,625,000ns |
|
CPU Time (one) |
62,500,000ns |
281,250,000ns |
4,140,625,000ns |
|
Gen 0 |
0 |
7 |
20 |
|
Gen 1 |
0 |
0 |
0 |
|
Gen 2 |
0 |
0 |
0 |
|
數(shù)組大小 |
10,000,000 |
||
|
Time Elapsed |
585ms |
2,553ms |
40,763ms |
|
Time Elapsed (one) |
585ms |
2,553ms |
40,763ms |
|
CPU time |
656,250,000ns |
2,796,875,000ns |
43,671,875,000ns |
|
CPU Time (one) |
656,250,000ns |
2,796,875,000ns |
43,671,875,000ns |
|
Gen 0 |
0 |
30 |
205 |
|
Gen 1 |
0 |
1 |
4 |
|
Gen 2 |
0 |
0 |
0 |
從表格中我們大致可以看出，直接調(diào)用方法最快，并且產(chǎn)生的對(duì)象最少。通過(guò)反射方式不僅時(shí)間往往耗費(fèi)較多，而且還會(huì)生產(chǎn)大量的對(duì)象。另外我們發(fā)現(xiàn)在1,000,000反而比100,000花費(fèi)的時(shí)間要少，但生成的對(duì)象確實(shí)增多了。這一點(diǎn)我不太明白，同樣的對(duì)象通過(guò)Cache確實(shí)能提高效率，但我不知道為什么多做10倍的加法操作的動(dòng)態(tài)方法調(diào)用反而會(huì)更快。另外，從圖中也可以看出基本上使用dynamic調(diào)用方法花費(fèi)的時(shí)間是直接調(diào)用的5倍左右，在有些時(shí)候，這個(gè)性能損失所做的交換也是值得的。
上面的測(cè)試數(shù)據(jù)基本每次都會(huì)有所變化，但總體走勢(shì)是基本不變的，那就是花費(fèi)時(shí)間common>dynamic>Reflect。因此我們可以認(rèn)為雖然dynamic確實(shí)會(huì)有性能損失，但有時(shí)候如果你的系統(tǒng)確實(shí)需要?jiǎng)討B(tài)生成對(duì)象或動(dòng)態(tài)調(diào)用方法的時(shí)候它還是可以考慮的，特別是如果你系統(tǒng)需要使用反射的而這種類(lèi)型的操作又會(huì)有多次重復(fù)的情況下尤其值得考慮。
后記
關(guān)于dynamic關(guān)鍵字目前還沒(méi)有太多使用的用例，關(guān)于它到底好還是不好的爭(zhēng)論也一直沒(méi)有停止。事實(shí)上，一直到現(xiàn)在，都有很多人對(duì)dynamic持有懷疑和反對(duì)態(tài)度，他們認(rèn)為dynamic性能并不好，而且dynamic的到來(lái)使得編譯器的自動(dòng)完成功能沒(méi)有了，同時(shí)還無(wú)法完成編譯時(shí)成員調(diào)用的檢查，這將使得普通程序員的出錯(cuò)幾率大大增加。
不否認(rèn)dynamic使用不當(dāng)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致程序員犯錯(cuò)的幾率大大提高。然而，正如蜘蛛俠說(shuō)的，能力越大，責(zé)任越大。其實(shí)微軟引入dynamic也是給了C#程序員比以往更強(qiáng)大的能力，但這強(qiáng)大的能力使用不當(dāng)也會(huì)造成錯(cuò)誤。不過(guò)，我們能因此而說(shuō)這個(gè)能力是丑惡的或者是壞的么？我想，能力其實(shí)沒(méi)有好壞之分，能力的好壞得看使用者，例如核能，同樣的道理，聰明的程序員可以把一個(gè)特性使用得優(yōu)雅高效，而愚蠢的程序員則恰好相反。其次，對(duì)這些動(dòng)態(tài)語(yǔ)言可能存在的問(wèn)題來(lái)說(shuō)我們也可以通過(guò)其他方式盡量來(lái)避免。首先，類(lèi)型或成員調(diào)用合法性的檢查其實(shí)我們可以通過(guò)單元測(cè)試得到最大保證。對(duì)一個(gè)健壯的大型程序來(lái)說(shuō)，單元測(cè)試是必要的。其次，使用dynamic之后我們確實(shí)缺少了智能提示，但我并沒(méi)有提倡將dynamic用在所有的地方(事實(shí)上那樣也是錯(cuò)了，因?yàn)樗鼘⒃斐沙绦虻男曙@著降低)，我的意思是你僅僅在你真正需要使用dynamic的時(shí)候才去使用它，這正是這個(gè)關(guān)鍵詞存在的理由。而這些需要使用dynamic的地方不會(huì)很多，我們也能明白在這些地方我們要用它來(lái)做什么。有了這兩點(diǎn)保證，我相信dynamic引起的不便也不會(huì)那么明顯。
最后，dynamic只是微軟給我們程序員的更多的一個(gè)選擇，如果你不喜歡它，你當(dāng)然可以在很多場(chǎng)合避免使用它，比如使用類(lèi)型轉(zhuǎn)換，反射等等。用還是不用它，微軟把選擇權(quán)交給了我們程序員自己。另外，你也可以觀(guān)看來(lái)自C# Compiler Team更多關(guān)于Dynamic的介紹：C# 4.0 Dynamic with Chris Burrows and Sam Ng
附注：
注1: The future of C# ,Anders Hejlsberg, http://channel9.msdn.com/pdc2008/TL16/
注2: Visual C# Express 2010下載地址：http://www.microsoft.com/express/future/default.aspx
參考資料：
New features in C# 4.0
結(jié)果截圖：
機(jī)器信息:
Thinkpad X200 7654；CPU:Intel Core2 Duo CPU p8400 2.25GHz；虛擬機(jī)：VMWare 6.5；虛擬內(nèi)存：1G；虛擬機(jī)操作系統(tǒng)：Windows XP；編譯器版本：Visual C# Express 2010 Beta2。
原文標(biāo)題：.NET 4.0 新特性-dynamic
鏈接：http://www.cnblogs.com/jujusharp/archive/2009/12/30/c-sharp-dynamic.html
