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前言

今天 .NET 官方博客宣布 C# 9 Source Generators 第一個預(yù)覽版發(fā)布，這是一個用戶已經(jīng)喊了快 5 年特性，今天終于發(fā)布了。

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簡介

Source Generators 顧名思義代碼生成器，它允許開發(fā)者在代碼編譯過程中獲取查看用戶代碼并且生成新的 C# 代碼參與編譯過程，并且可以很好的與代碼分析器集成提供 Intellisense、調(diào)試信息和報錯信息，可以用它來做代碼生成，因此也相當(dāng)于是一個加強版本的編譯時反射。

使用 Source Generators，可以做到這些事情：

• 獲取一個 Compilation 對象，這個對象表示了所有正在編譯的用戶代碼，你可以從中獲取 AST 和語義模型等信息
• 可以向 Compilation 對象中插入新的代碼，讓編譯器連同已有的用戶代碼一起編譯

Source Generators 作為編譯過程中的一個階段執(zhí)行：

編譯運行 -> [分析源代碼 -> 生成新代碼] -> 將生成的新代碼添加入編譯過程 -> 編譯繼續(xù)。

上述流程中，中括號包括的內(nèi)容即為 Source Generators 所參與的階段和能做到的事情。

作用

.NET 明明具備運行時反射和動態(tài) IL 織入功能，那這個 Source Generators 有什么用呢？

編譯時反射 - 0 運行時開銷

拿 ASP.NET Core 舉例，啟動一個 ASP.NET Core 應(yīng)用時，首先會通過運行時反射來發(fā)現(xiàn) Controllers、Services 等的類型定義，然后在請求管道中需要通過運行時反射獲取其構(gòu)造函數(shù)信息以便于進(jìn)行依賴注入。然而運行時反射開銷很大，即使緩存了類型簽名，對于剛剛啟動后的應(yīng)用也無任何幫助作用，而且不利于做 AOT 編譯。

Source Generators 將可以讓 ASP.NET Core 所有的類型發(fā)現(xiàn)、依賴注入等在編譯時就全部完成并編譯到最終的程序集當(dāng)中，最終做到 0 運行時反射使用，不僅利于 AOT 編譯，而且運行時 0 開銷。

除了上述作用之外，gRPC 等也可以利用此功能在編譯時織入代碼參與編譯，不需要再利用任何的 MSBuild Task 做代碼生成啦！

另外，甚至還可以讀取 XML、JSON 直接生成 C# 代碼參與編譯，DTO 編寫全自動化都是沒問題的。

AOT 編譯

Source Generators 的另一個作用是可以幫助消除 AOT 編譯優(yōu)化的主要障礙。

許多框架和庫都大量使用反射，例如System.Text.Json、System.Text.RegularExpressions、ASP.NET Core 和 WPF 等等，它們在運行時從用戶代碼中發(fā)現(xiàn)類型。這些非常不利于 AOT 編譯優(yōu)化，因為為了使反射能夠正常工作，必須將大量額外甚至可能不需要的類型元數(shù)據(jù)編譯到最終的原生映像當(dāng)中。

有了 Source Generators 之后，只需要做編譯時代碼生成便可以避免大部分的運行時反射的使用，讓 AOT 編譯優(yōu)化工具能夠更好的運行。

例子

INotifyPropertyChanged

寫過 WPF 或 UWP 的都知道，在 ViewModel 中為了使屬性變更可被發(fā)現(xiàn)，需要實現(xiàn) INotifyPropertyChanged 接口，并且在每一個需要的屬性的 setter 處除法屬性更改事件：

 
 
 
  
  
  
class MyViewModel : INotifyPropertyChanged 
  
  
  
{ 
  
  
  
public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged; 
  
  
  
 
  
  
  
private string _text; 
  
  
  
public string Text 
  
  
  
{ 
  
  
  
get => _text; 
  
  
  
set 
  
  
  
{ 
  
  
  
_text = value; 
  
  
  
PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof(Text))); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
 
 

當(dāng)屬性多了之后將會非常繁瑣，先前 C# 引入了 CallerMemberName 用于簡化屬性較多時候的情況：

 
 
 
  
  
  
class MyViewModel : INotifyPropertyChanged 
  
  
  
{ 
  
  
  
public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged; 
  
  
  
 
  
  
  
private string _text; 
  
  
  
public string Text 
  
  
  
{ 
  
  
  
get => _text; 
  
  
  
set 
  
  
  
{ 
  
  
  
_text = value; 
  
  
  
OnPropertyChanged(); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
protected virtual void OnPropertyChanged([CallerMemberName] string? propertyName = null) 
  
  
  
{ 
  
  
  
PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName)); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
 
 

即，用 CallerMemberName 指示參數(shù)，在編譯時自動填充調(diào)用方的成員名稱。

但是還是不方便。

如今有了 Source Generators，我們可以在編譯時生成代碼做到這一點了。

為了實現(xiàn) Source Generators，我們需要寫個實現(xiàn)了 ISourceGenerator 并且標(biāo)注了 Generator的類型。

完整的 Source Generators 代碼如下：

 
 
 
  
  
  
using System; 
  
  
  
using System.Collections.Generic; 
  
  
  
using System.Linq; 
  
  
  
using System.Text; 
  
  
  
using Microsoft.CodeAnalysis; 
  
  
  
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp; 
  
  
  
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.Syntax; 
  
  
  
using Microsoft.CodeAnalysis.Text; 
  
  
  
 
  
  
  
namespace MySourceGenerator 
  
  
  
{ 
  
  
  
[Generator] 
  
  
  
public class AutoNotifyGenerator : ISourceGenerator 
  
  
  
{ 
  
  
  
private const string attributeText = @" 
  
  
  
using System; 
  
  
  
namespace AutoNotify 
  
  
  
{ 
  
  
  
[AttributeUsage(AttributeTargets.Field, Inherited = false, AllowMultiple = false)] 
  
  
  
sealed class AutoNotifyAttribute : Attribute 
  
  
  
{ 
  
  
  
public AutoNotifyAttribute() 
  
  
  
{ 
  
  
  
} 
  
  
  
public string PropertyName { get; set; } 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
"; 
  
  
  
 
  
  
  
public void Initialize(InitializationContext context) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// 注冊一個語法接收器，會在每次生成時被創(chuàng)建 
  
  
  
context.RegisterForSyntaxNotifications(() => new SyntaxReceiver()); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
public void Execute(SourceGeneratorContext context) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// 添加 Attrbite 文本 
  
  
  
context.AddSource("AutoNotifyAttribute", SourceText.From(attributeText, Encoding.UTF8)); 
  
  
  
 
  
  
  
// 獲取先前的語法接收器  
  
  
  
if (!(context.SyntaxReceiver is SyntaxReceiver receiver)) 
  
  
  
return; 
  
  
  
 
  
  
  
// 創(chuàng)建處目標(biāo)名稱的屬性 
  
  
  
CSharpParseOptions options = (context.Compilation as CSharpCompilation).SyntaxTrees[0].Options as CSharpParseOptions; 
  
  
  
Compilation compilation = context.Compilation.AddSyntaxTrees(CSharpSyntaxTree.ParseText(SourceText.From(attributeText, Encoding.UTF8), options)); 
  
  
  
 
  
  
  
// 獲取新綁定的 Attribute，并獲取INotifyPropertyChanged 
  
  
  
INamedTypeSymbol attributeSymbol = compilation.GetTypeByMetadataName("AutoNotify.AutoNotifyAttribute"); 
  
  
  
INamedTypeSymbol notifySymbol = compilation.GetTypeByMetadataName("System.ComponentModel.INotifyPropertyChanged"); 
  
  
  
 
  
  
  
// 遍歷字段，只保留有 AutoNotify 標(biāo)注的字段 
  
  
  
List fieldSymbols = new List(); 
  
  
  
foreach (FieldDeclarationSyntax field in receiver.CandidateFields) 
  
  
  
{ 
  
  
  
SemanticModel model = compilation.GetSemanticModel(field.SyntaxTree); 
  
  
  
foreach (VariableDeclaratorSyntax variable in field.Declaration.Variables) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// 獲取字段符號信息，如果有 AutoNotify 標(biāo)注則保存 
  
  
  
IFieldSymbol fieldSymbol = model.GetDeclaredSymbol(variable) as IFieldSymbol; 
  
  
  
if (fieldSymbol.GetAttributes().Any(ad => ad.AttributeClass.Equals(attributeSymbol, SymbolEqualityComparer.Default))) 
  
  
  
{ 
  
  
  
fieldSymbols.Add(fieldSymbol); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
// 按 class 對字段進(jìn)行分組，并生成代碼 
  
  
  
foreach (IGrouping group in fieldSymbols.GroupBy(f => f.ContainingType)) 
  
  
  
{ 
  
  
  
string classSource = ProcessClass(group.Key, group.ToList(), attributeSymbol, notifySymbol, context); 
  
  
  
context.AddSource($"{group.Key.Name}_autoNotify.cs", SourceText.From(classSource, Encoding.UTF8)); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
private string ProcessClass(INamedTypeSymbol classSymbol, List fields, ISymbol attributeSymbol, ISymbol notifySymbol, SourceGeneratorContext context) 
  
  
  
{ 
  
  
  
if (!classSymbol.ContainingSymbol.Equals(classSymbol.ContainingNamespace, SymbolEqualityComparer.Default)) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// TODO: 必須在頂層，產(chǎn)生診斷信息 
  
  
  
return null; 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
string namespaceName = classSymbol.ContainingNamespace.ToDisplayString(); 
  
  
  
 
  
  
  
// 開始構(gòu)建要生成的代碼 
  
  
  
StringBuilder source = new StringBuilder($@" 
  
  
  
namespace {namespaceName} 
  
  
  
{{ 
  
  
  
public partial class {classSymbol.Name} : {notifySymbol.ToDisplayString()} 
  
  
  
{{ 
  
  
  
"); 
  
  
  
 
  
  
  
// 如果類型還沒有實現(xiàn) INotifyPropertyChanged 則添加實現(xiàn) 
  
  
  
if (!classSymbol.Interfaces.Contains(notifySymbol)) 
  
  
  
{ 
  
  
  
source.Append("public event System.ComponentModel.PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;"); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
// 生成屬性 
  
  
  
foreach (IFieldSymbol fieldSymbol in fields) 
  
  
  
{ 
  
  
  
ProcessField(source, fieldSymbol, attributeSymbol); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
source.Append("} }"); 
  
  
  
return source.ToString(); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
private void ProcessField(StringBuilder source, IFieldSymbol fieldSymbol, ISymbol attributeSymbol) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// 獲取字段名稱 
  
  
  
string fieldName = fieldSymbol.Name; 
  
  
  
ITypeSymbol fieldType = fieldSymbol.Type; 
  
  
  
 
  
  
  
// 獲取 AutoNotify Attribute 和相關(guān)的數(shù)據(jù) 
  
  
  
AttributeData attributeData = fieldSymbol.GetAttributes().Single(ad => ad.AttributeClass.Equals(attributeSymbol, SymbolEqualityComparer.Default)); 
  
  
  
TypedConstant overridenNameOpt = attributeData.NamedArguments.SingleOrDefault(kvp => kvp.Key == "PropertyName").Value; 
  
  
  
 
  
  
  
string propertyName = chooseName(fieldName, overridenNameOpt); 
  
  
  
if (propertyName.Length == 0 || propertyName == fieldName) 
  
  
  
{ 
  
  
  
//TODO: 無法處理，產(chǎn)生診斷信息 
  
  
  
return; 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
source.Append($@" 
  
  
  
public {fieldType} {propertyName}  
  
  
  
{{ 
  
  
  
get  
  
  
  
{{ 
  
  
  
return this.{fieldName}; 
  
  
  
}} 
  
  
  
set 
  
  
  
{{ 
  
  
  
this.{fieldName} = value; 
  
  
  
this.PropertyChanged?.Invoke(this, new System.ComponentModel.PropertyChangedEventArgs(nameof({propertyName}))); 
  
  
  
}} 
  
  
  
}} 
  
  
  
"); 
  
  
  
 
  
  
  
string chooseName(string fieldName, TypedConstant overridenNameOpt) 
  
  
  
{ 
  
  
  
if (!overridenNameOpt.IsNull) 
  
  
  
{ 
  
  
  
return overridenNameOpt.Value.ToString(); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
fieldName = fieldName.TrimStart('_'); 
  
  
  
if (fieldName.Length == 0) 
  
  
  
return string.Empty; 
  
  
  
 
  
  
  
if (fieldName.Length == 1) 
  
  
  
return fieldName.ToUpper(); 
  
  
  
 
  
  
  
return fieldName.Substring(0, 1).ToUpper() + fieldName.Substring(1); 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
// 語法接收器，將在每次生成代碼時被按需創(chuàng)建 
  
  
  
class SyntaxReceiver : ISyntaxReceiver 
  
  
  
{ 
  
  
  
public List CandidateFields { get; } = new List(); 
  
  
  
 
  
  
  
// 編譯中在訪問每個語法節(jié)點時被調(diào)用，我們可以檢查節(jié)點并保存任何對生成有用的信息 
  
  
  
public void OnVisitSyntaxNode(SyntaxNode syntaxNode) 
  
  
  
{ 
  
  
  
// 將具有至少一個 Attribute 的任何字段作為候選 
  
  
  
if (syntaxNode is FieldDeclarationSyntax fieldDeclarationSyntax 
  
  
  
&& fieldDeclarationSyntax.AttributeLists.Count > 0) 
  
  
  
{ 
  
  
  
CandidateFields.Add(fieldDeclarationSyntax); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
 
 

有了上述代碼生成器之后，以后我們只需要這樣寫 ViewModel 就會自動生成通知接口的事件觸發(fā)調(diào)用：

 
 
 
  
  
  
public partial class MyViewModel 
  
  
  
{ 
  
  
  
[AutoNotify] 
  
  
  
private string _text = "private field text"; 
  
  
  
 
  
  
  
[AutoNotify(PropertyName = "Count")] 
  
  
  
private int _amount = 5; 
  
  
  
} 
 
 

上述代碼將會在編譯時自動生成以下代碼參與編譯：

 
 
 
  
  
  
public partial class MyViewModel : System.ComponentModel.INotifyPropertyChanged 
  
  
  
{ 
  
  
  
public event System.ComponentModel.PropertyChangedEventHandler PropertyChanged; 
  
  
  
 
  
  
  
public string Text 
  
  
  
{ 
  
  
  
get  
  
  
  
{ 
  
  
  
return this._text; 
  
  
  
} 
  
  
  
set 
  
  
  
{ 
  
  
  
this._text = value; 
  
  
  
this.PropertyChanged?.Invoke(this, new System.ComponentModel.PropertyChangedEventArgs(nameof(Text))); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
 
  
  
  
public int Count 
  
  
  
{ 
  
  
  
get  
  
  
  
{ 
  
  
  
return this._amount; 
  
  
  
} 
  
  
  
set 
  
  
  
{ 
  
  
  
this._amount = value; 
  
  
  
this.PropertyChanged?.Invoke(this, new System.ComponentModel.PropertyChangedEventArgs(nameof(Count))); 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
  
  
  
} 
 
 

非常方便！

使用時，將 Source Generators 部分作為一個獨立的 .NET Standard 2.0 程序集（暫時不支持 2.1），用以下方式引入到你的項目即可：

注意需要 .NET 5 preview 3 或以上版本，并指定語言版本為 preview ：

 
 
 
  
  
  
 
  
  
  
preview 
  
  
  
 
 
 

另外，Source Generators 需要引入兩個 nuget 包：

限制

Source Generators 僅能用于訪問和生成代碼，但是不能修改已有代碼，這有一定原因是出于安全考量。

文檔

Source Generators 處于早期預(yù)覽階段，docs.microsoft.com 上暫時沒有相關(guān)文檔，關(guān)于它的文檔請訪問在 roslyn 倉庫中的文檔：

設(shè)計文檔

使用文檔

后記

目前 Source Generators 仍處于非常早期的預(yù)覽階段，API 后期還可能會有很大的改動，因此現(xiàn)階段不要用于生產(chǎn)。

另外，關(guān)于與 IDE 的集成、診斷信息、斷點調(diào)試信息等的開發(fā)也在進(jìn)行中，請期待后續(xù)的 preview 版本吧。

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