【细语】C#之扩展方法原理及其使用

1、写在前面

今天群里一个小伙伴问了这样一个问题，扩展方法与实例方法的执行顺序是什么样子的，谁先谁后（这个问题会在文章结尾回答）。所以写了这边文章，力图从原理角度解释扩展方法及其使用。

以下为主要内容：

• 什么是扩展方法

• 扩展方法原理及自定义扩展方法

• 扩展方法的使用及其注意事项

 

2、什么是扩展方法

一般而言，扩展方法为现有类型添加新的方法（从面向对象的角度来说，是为现有对象添加新的行为）而无需修改原有类型，这是一种无侵入而且非常安全的方式。扩展方法是静态的，它的使用和其他实例方法几乎没有什么区别。常见的扩展方法有Linq扩展、有IEnumerable扩展等。
     先让我们来感受一下.NET中自带的扩展方法，其中OrderBy和Aggregate都是系统自带的扩展方法

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            List<int> lst = new List<int> { , , ,  };

            string result = lst.OrderBy(p => p).Aggregate(string.Empty, (next, p) => next += p + ",");

            Console.WriteLine(result);

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

输出结果：

是不是感觉扩展方法很优美，使用起来和实例方法几乎没有区别。不得不说.NET在这方面做得很精致，很让人钦佩，那么接下来我们来看看扩展方法的原理

3、扩展方法原理及自定义扩展方法

首先我们，先看看如何自定义扩展方法

using System;
using TestExtension;

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("".ToInt32());

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

namespace TestExtension
{
    public static class StringExtension
    {
        public static int ToInt32(this string str)
        {
            if (int.TryParse(str, out int result))
            {
                return result;
            }

            throw new ArgumentException("无法转换为Int32类型");
        }
    }
}

通过以上实例，我们可以知道自定义扩展方法需要做到：

• 必须是静态类，扩展方法也为静态方法

• 此方法的第一个参数指定方法所操作的类型；此参数前面必须加上 this 修饰符

• 在调用代码中，如何不再同一个命名空间，需要添加 using 指令，导入需要调用的扩展方法所在的命名空间

• 需要注意的是，第一个this标记的参数并非是实参，而是标识该扩展所指定的类型，调用的时候只需要提供this后的形参即可

接下来我们来探究一下扩展方法反编译后的效果：

这是StringExtension编译后的代码，可以看到扩展方法在编译后被标记了ExtensionAttribute这个特性，也就是说扩展方法在编译期就已经被绑定成扩展方法了

.class public auto ansi abstract sealed beforefieldinit TestExtension.StringExtension
    extends [System.Runtime]System.Object
{
    .custom instance void 

[System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute

::.ctor() = (

    )
    // Methods
    .method public hidebysig static
        int32 ToInt32 (
            string str
        ) cil managed
    {
        .custom instance void 

[System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute

::.ctor() = (

        )
        // Method begins at RVA 0x2050
        // Code size 31 (0x1f)
        .maxstack
        .locals init (
            [] int32,
            [] bool,
            [] int32
        )

        IL_0000: nop
        IL_0001: ldarg.
        IL_0002: ldloca.s
        IL_0004: call bool [System.Runtime]System.Int32::TryParse(string, int32&)
        IL_0009: stloc.
        IL_000a: ldloc.
        IL_000b: brfalse.s IL_0012

        IL_000d: nop
        IL_000e: ldloc.
        IL_000f: stloc.
        IL_0010: br.s IL_001d

        IL_0012: ldstr "无法转换为Int32类型"
        IL_0017: newobj instance void [System.Runtime]System.ArgumentException::.ctor(string)
        IL_001c: throw

        IL_001d: ldloc.
        IL_001e: ret
    } // end of method StringExtension::ToInt32

} // end of class TestExtension.StringExtension

我们看一下调用后的效果，和直接调用静态方法一样TestExtension.StringExtension::ToInt32(string) ，至此，我们已经知道了扩展方法的使用了，编译器绑定，底层调用和静态调用一直，这也解释了一个问题，就是当类型为空的时候，为什么调用扩展方法了

.namespace Test
{
    .class private auto ansi beforefieldinit Test.Program
        extends [System.Runtime]System.Object
    {
        // Methods
        .method private hidebysig static
            void Main (
                string[] args
            ) cil managed
        {
            // Method begins at RVA 0x207b
            // Code size 24 (0x18)
            .maxstack
            .entrypoint

            IL_0000: nop
            IL_0001: ldstr ""
            IL_0006: call int32 TestExtension.StringExtension::ToInt32(string)
            IL_000b: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)
            IL_0010: nop
            IL_0011: call string [System.Console]System.Console::ReadLine()
            IL_0016: pop
            IL_0017: ret
        } // end of method Program::Main

        .method public hidebysig specialname rtspecialname
            instance void .ctor () cil managed
        {
            // Method begins at RVA 0x2094
            // Code size 8 (0x8)
            .maxstack 

            IL_0000: ldarg.
            IL_0001: call instance void [System.Runtime]System.Object::.ctor()
            IL_0006: nop
            IL_0007: ret
        } // end of method Program::.ctor

    } // end of class Test.Program

}

4、扩展方法的使用及其注意事项

扩展方法虽然很好用，但是如果我们扩展的对象发生了版本迭代，则会增加扩展方法失效的风险。

一下是在使用扩展方法时需要注意的地方

• 扩展方法与该类型中定义的方法具有相同的签名，编译器总是绑定到该实例方法，也就是扩展方法永远不会被调用，这也就回答了题目刚开始所说的问题。同时这个地方应该是考虑到了程序安全的问题，不然很容易出现代码注入问题。

• 当出现命名空间不同时，则需要使用using导入命名空间

• 同时扩展方法可以被修饰为internal，public，但需要类和扩展方法保持同样的修饰标识