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.NET面试题解析(05)-常量、字段、属性、特性与委托

提出问题

首先提出几个问题:

1、如何实现自己的注入框架?

2、字段和自动属性的区别是什么?

3、字段和自动属性声明时的直接赋值和构造函数赋值有什么区别?

4、为什么只读字段和只读自动属性(只有get没有set访问器)都可以在构造函数中进行赋值?

5、反射可以给只读字段或者只读属性进行赋值吗?

6、自动属性和普通属性的区别?

这些问题是我在试着写自己的注入实现时遇到的问题。这些问题应该在学习C#时的第一节课就应该学到了,我看网上还有人分享说他在面试时遇到面试官问为什么只读字段和只读自动属性可以在构造函数中进行赋值,他没有回答上来,然后他写文章探讨这个问题,却没有得出一个明显的答案,实在可惜。网上关于只读属性有些是写ReadOnly特性的,读到这些文章直接跳过吧,老版本的C#现在看也没什么帮助。

3. 参考

C# Auto-property
enhancements

  系列文章目录地址:

其他说明

1、上文中提到“反射可以给只读字段进行赋值但是无法给只读属性进行赋值”。无法给只读属性进行赋值是因为没有set访问器。但是我们已经知道了可以给字段赋值,并且只读属性会生成隐藏字段,那我们是不是可以通过给隐藏字段进行赋值间接达到给自动属性赋值的目的呢?答案是可以的!

定义User的只读自动属性

    public class User
    {
        public int age { get;  } = 1;
        public User()
        {
            age = 3;
        }
    }

控制台的反射赋值代码:

            var user = new User();
            try { typeof(User).GetProperty("age").SetValue(user, 9); }
            catch{    Console.WriteLine("只读属性赋值失败");}
            typeof(User).GetField("<age>k__BackingField", BindingFlags.Instance | BindingFlags.NonPublic).SetValue(user,9);
            Console.WriteLine(user.age);
            Console.Read();

运行

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2、因为隐藏字段是私有的,所以取到隐藏字段需要  BindingFlags.NonPublic

3、只读自动属性说明不想被访问到那为什么还要给它赋值呢?这个问题……做着玩,项目中我觉得也没有什么用到的机会……

1. 老版本代码

 1 internal class Person
 2 {
 3     public string Name { get; private set; }
 4     public int Age { get; private set; }
 5 
 6     public Person(string name,int age)
 7     {
 8         Name = name;
 9         Age = age;
10     }
11 }

通常情况下,C#的属性可以很好的帮助我们完成工作,比如上面的代码。在为属性赋值的时候,我们可以在任意地方为其赋值。但是并没有一种像是字段一样的声明且立即初始化的语法来简化默认值的设定。C#6为我们带来了这种新的语法,像是为字段赋值一样为属性赋值。

我们也知道,C#的属性实际上是一个编译器自动生成的私有字段、get_xxx和set_xxx、一条元数据组成,比如上面的代码编译后:

www.9778.com 2

<Name>k__BackingField字段的IL

1 .field private string '<Name>k__BackingField'
2 .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 ) 
3 .custom instance void [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggerBrowsableAttribute::.ctor(valuetype [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggerBrowsableState) = ( 01 00 00 00 00 00 00 00 )

表示一个私有字段,第2行分别表示这个自动是编译器自动生成的,第3行表示该字段不显示在Debugger窗口中。

 

get_Name方法的IL:

 1 .method public hidebysig specialname instance string 
 2         get_Name() cil managed
 3 {
 4   .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 ) 
 5   // Code size       7 (0x7)
 6   .maxstack  8
 7   IL_0000:  ldarg.0
 8   IL_0001:  ldfld      string csharp6.Person::'<Name>k__BackingField'
 9   IL_0006:  ret
10 } // end of method Person::get_Name

这也是一个自动生成的方法。

 

set_Name方法的IL:

 1 .method private hidebysig specialname instance void 
 2         set_Name(string 'value') cil managed
 3 {
 4   .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 ) 
 5   // Code size       8 (0x8)
 6   .maxstack  8
 7   IL_0000:  ldarg.0
 8   IL_0001:  ldarg.1
 9   IL_0002:  stfld      string csharp6.Person::'<Name>k__BackingField'
10   IL_0007:  ret
11 } // end of method Person::set_Name

同样是一个自动生成的方法。

 

Name属性的IL:

1 .property instance string Name()
2 {
3   .get instance string csharp6.Person::get_Name()
4   .set instance void csharp6.Person::set_Name(string)
5 } // end of property Person::Name

表示Name属性由一个get方法和set方法组成。

www.9778.com 3  常量

常量的基本概念就不细说了,关于常量的几个特点总结一下:

  • 常量的值必须在编译时确定,简单说就是在定义是设置值,以后都不会被改变了,她是编译常量。
  • 常量只能用于简单的类型,因为常量值是要被编译然后保存到程序集的元数据中,只支持基元类型,如int、char、string、bool、double等。
  • 常量在使用时,是把常量的值内联到IL代码中的,常量类似一个占位符,在编译时被替换掉了。正是这个特点导致常量的一个风险,就是不支持跨程序集版本更新

关于常量不支持跨程序集版本更新,举个简单的例子来说明:

public class A
{
    public const int PORT = 10086;

    public virtual void Print()
    {
        Console.WriteLine(A.PORT);
    }
}

上面一段非常简单代码,其生产的IL代码如下,在使用常量变量的地方,把她的值拷过来了(把常量的值内联到使用的地方),与常量变量A.PORT没有关系了。假如A引用了B程序集(B.dll文件)中的一个常量,如果后面单独修改B程序集中的常量值,只是重新编译了B,而没有编译程序集A,就会出问题了,就是上面所说的不支持跨程序集版本更新。常量值更新后,所有使用该常量的代码都必须重新编译,这是我们在使用常量时必须要注意的一个问题。

  • 不要随意使用常量,特别是有可能变化的数据;
  • 不要随便修改已定义好的常量值;

给出答案

2、属性比字段多了get/set访问器;字段是在内存中声明的一个内存空间,可以实实在在的存储值;属性像字段一样使用,却可以有自己的代码段,能赋值取值,是因为访问属性就是调用属性的get/set方法对字段进行取值赋值(或者不操作字段);在MSDN上,建议字段作为类的私有变量使用private/protected修饰,属性则往往作为共有属性使用public修饰;字段的读取和操作都是直接操作内存,属性是调用get/set访问器,所以字段比属性快。

3、准确来说,没有区别。区别仅仅是直接赋值先执行,构造函数赋值后执行。在生成的IL中间语言(C#代码先编译成IL代码,然后才编译成汇编语言)中,字段直接赋值和构造函数赋值是在同一个代码段中(构造函数中)的。

4、这个问题可以和上面的问题联合起来回答。构造函数作为实例化一个类的入口,是最先访问的。字段的直接赋值其实也是放在构造函数中执行的,所以才说直接赋值和构造函数赋值没有区别。“只读”的限制只是由C#编译器(CLR)维护的,我觉得全名应该叫做“除构造函数外只读”更加准确,这是C#语法的规则记住就行(这是当然,直接赋值其实是放在构造函数中进行赋值的,如果构造函数不能赋值那只读字段没有值和没有声明一样);

5、这个问题又可以和上面的问题联系起来一起回答。通过反射可以给自读字段赋值但是无法给只读属性进行赋值(不相信的可以试一下)。对只读字段的赋值是因为绕过了C#编译器(CLR)的只读显示,对只读属性赋值的话是还是调用set访问器对字段进行赋值,因为没有set访问器所以允许后会报错。那么问题来了,那为什么只读自动属性没有set访问器还可以在构造函数中赋值呢?其实只读自动属性在构造函数中进行赋值,实质上是对字段进行赋值,和属性的get/set访问器没有关系。

6、区别是什么?上面一直强调自动属性,是因为自动属性和普通属性不一样,比如只读普通属性(没有set访问器)无法在构造函数中赋值。在没有自动属性之前,普通属性使用步骤是首先声明一个字段如_id,然后声明一个属性Id,在get和set访问器中做一些操作,这些操作大多数是对字段_id的操作,但是有时候和字段没有关系。普通属性可以像字段一样通过“.”的方式调用,但又像方法一样具有代码段(普通属性从来不开辟内存空间)。

但是C#3.0之后引入了自动属性,声明方式如public
int id { get; set; },C#6.0之后又有了public string FirstName { get;
set; } = “Jane”。自动属性肯定开辟了内存空间然后才有了自动属性的直接赋值。其实在类中声明自动属性会在编译成IL中间语言中声明一个隐藏字段,然后生成隐藏字段的get/set方法,然后生成get/set访问器。这里可以解释为什么只读普通属性无法在构造函数中赋值(和直接赋值)而只读自动属性可以在构造函数中赋值(和直接赋值),因为不论直接赋值还是在构造函数中赋值,生成的IL代码中的构造函数中,操作的都是隐藏字段,并没有访问属性的set访问器。(注意这里只是说的类中的自动属性,接口中也是可以有自动属性的,但是接口的自动属性并不会生成隐藏字段只是定义get/set访问器)

0. 目录

C#6
新增特性目录

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开始解释

通过C#生成的IL中间语言代码可以知道的更清楚

    public class User
    {
        public int id = 0;
        public int age { get; set; } = 1;
        public User()
        {
            id = 2;
            age = 3;
        }
    }

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可以看到,自动属性会生成一个名称为 ‘<age>k__BackingField’
的隐藏私有字段+私有字段的get/set方法+属性代码段;

可以看到IL代码生成了User的构造函数
.ctor,ctor是构造函数(Constructor)。

不论直接赋值还是构造函数赋值,都是在.ctor中执行的,并且操作的都是字段,自动属性的赋值操作的是隐藏字段。

  public interface IUser
  {
    int id { get; set; }
  }

www.9778.com 6

可以看到,接口中的自动属性并没有生成隐藏字段。

2. 自动属性增强语法

 1 internal class Person
 2 {
 3     //声明读写属性、且初始化默认值
 4     public string Name { get; set; } = "blackheart";
 5 
 6     //声明只读属性、且初始化默认值
 7     public int Age { get; } = 1;
 8 
 9     //声明只读属性
10     public string Note { get; }
11 
12     public Person(string note)
13     {
14         //在构造器中为只读属性初始化默认值
15         Note = note;
16     }
17 
18     private void func1()
19     {
20         //error,只能在构造器中初始化
21         //Note = "123";
22         //Age = 1;
23         //可以修改,因为有set访问器
24         Name = "new name";
25     }
26 }

这种新语法会在没有set访问器的时候把隐藏的私有字段设置为只读字段(readonly
),只允许在声明的时候设置初始值或者在构造器里面赋值。看看IL:

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只有Name属性具有set_Name方法,而Age和Note属性则没有set访问器,且对应的私有字段被设置为”initonly”,表示这是一个只读字段。

构造器方法,Name{get;set;}=”blackheart”和Age{get;}=1的初始化操作部分被转移到实例构造函数”.ctor”方法中。

 1 .method public hidebysig specialname rtspecialname 
 2         instance void  .ctor(string note) cil managed
 3 {
 4   // Code size       34 (0x22)
 5   .maxstack  8
 6   IL_0000:  ldarg.0
 7   IL_0001:  ldstr      "blackheart"
 8   IL_0006:  stfld      string csharp6.Person::'<Name>k__BackingField'
 9   IL_000b:  ldarg.0
10   IL_000c:  ldc.i4.1
11   IL_000d:  stfld      int32 csharp6.Person::'<Age>k__BackingField'
12   IL_0012:  ldarg.0
13   IL_0013:  call       instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
14   IL_0018:  nop
15   IL_0019:  nop
16   IL_001a:  ldarg.0
17   IL_001b:  ldarg.1
18   IL_001c:  stfld      string csharp6.Person::'<Note>k__BackingField'
19   IL_0021:  ret
20 } // end of method Person::.ctor

和之前的语法生成的代码可以说是一致的,均是生成为一个字段、get_xxx和set_xxx方法和对应的属性元数据,本质依然是编译器的语法简化。

2. 哪些类型可以定义为常量?常量const有什么风险?

基元类型或值为null的其他引用类型,常量的风险就是不支持跨程序集版本更新,常量值更新后,所有使用该常量的代码都必须重新编译。

C#中字段、属性和构造函数赋值的问题

  参考资料:

书籍:CLR via C#

书籍:你必须知道的.NET

www.9778.com 8 补充一下枚举的本质

接着上面的const说,其实枚举enum也有类似的问题,其根源和const一样,看看代码你就明白了。下面的是一个简单的枚举定义,她的IL代码定义和const定义是一样一样的啊!枚举的成员定义和常量定义一样,因此枚举其实本质上就相当是一个常量集合。

public enum EnumType : int
{
    None=0,
    Int=1,
    String=2,
}

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www.9778.com 10 属性的本质

属性是面向对象编程的基本概念,提供了对私有字段的访问封装,在C#中以get和set访问器方法实现对可读可写属性的操作,提供了安全和灵活的数据访问封装。我们看看属性的本质,主要手段还是IL代码:

public class SomeType
{
    public int Index { get; set; }

    public SomeType() { }
}

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上面定义的属性Index被分成了三个部分:

  • 自动生成的私有字段“<Index>k__BackingField”
  • 方法:get_Index(),获取字段值;
  • 方法:set_Index(int32 ‘value’),设置字段值;

因此可以说属性的本质还是方法,使用面向对象的思想把字段封装了一下。在定义属性时,我们可以自定义一个私有字段,也可以使用自动属性“{ get; set; }
”的简化语法形式。

使用自动属性时需要注意一点的是,私有字段是由编译器自动命名的,是不受开发人员控制的。正因为这个问题,曾经在项目开发中遇到一个因此而产生的Bug:

style=”font-size: small;”>这个Bug是关于序列化的,有一个类,定义很多个(自动)属性,这个类的信息需要持久化到本地文件,当时使用了.NET自带的二进制序列化组件。后来因为一个需求变更,把其中一个字段修改了一下,需要把自动属性改为自己命名的私有字段的属性,就像下面实例这样。测试序列化到本地没有问题,反序列化也没问题,但最终bug还是被测试出来了,问题在与反序列化以前(修改代码之前)的本地文件时,Index属性的值丢失了!!!

private int _Index;
public int Index
{
    get { return _Index; }
    set { _Index = value; }
}

因为属性的本质是方法+字段,真正的值是存储在字段上的,字段的名称变了,反序列化以前的文件时找不到对应字段了,导致值的丢失!这也就是使用自动属性可能存在的风险。

弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是!——《三体》

8. C#中的委托是什么?事件是不是一种委托?

什么是委托?简单来说,委托类似于 C或
C++中的函数指针,允许将方法作为参数进行传递。

  • C#中的委托都继承自System.Delegate类型;
  • 委托类型的声明与方法签名类似,有返回值和参数;
  • 委托是一种可以封装命名(或匿名)方法的引用类型,把方法当做指针传递,但委托是面向对象、类型安全的;

事件可以理解为一种特殊的委托,事件内部是基于委托来实现的。

 

style=”font-family: 微软雅黑; font-size: small;”>版权所有,文章来源: style=”font-family: 微软雅黑; font-size: small;”>http://www.cnblogs.com/anding

style=”font-family: 微软雅黑; font-size: small;”>个人能力有限,本文内容仅供学习、探讨,欢迎指正、交流。

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  字段与属性的恩怨

3. 字段与属性有什么异同?

  • 属性提供了更为强大的,灵活的功能来操作字段
  • 出于面向对象的封装性,字段一般不设计为Public
  • 属性允许在set和get中编写代码
  • 属性允许控制set和get的可访问性,从而提供只读或者可读写的功能
    (逻辑上只写是没有意义的)
  • 属性可以使用override 和 new

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1. const和readonly有什么区别?

const关键字用来声明编译时常量,readonly用来声明运行时常量。都可以标识一个常量,主要有以下区别:
1、初始化位置不同。const必须在声明的同时赋值;readonly即可以在声明处赋值,也可以在构造方法里赋值。
2、修饰对象不同。const即可以修饰类的字段,也可以修饰局部变量;readonly只能修饰类的字段

3、const是编译时常量,在编译时确定该值,且值在编译时被内联到代码中;readonly是运行时常量,在运行时确定该值。
4、const默认是静态的;而readonly如果设置成静态需要显示声明 。
5、支持的类型时不同,const只能修饰基元类型或值为null的其他引用类型;readonly可以是任何类型。

4. 静态成员和非静态成员的区别?

  • 静态变量使用 static
    修饰符进行声明,静态成员在加类的时候就被加载(上一篇中提到过,静态字段是随类型对象存放在Load
    Heap上的),通过类进行访问。
  • 不带有static
    修饰符声明的变量称做非静态变量,在对象被实例化时创建,通过对象进行访问
  • 一个类的所有实例的同一静态变量都是同一个值,同一个类的不同实例的同一非静态变量可以是不同的值
  • 静态函数的实现里不能使用非静态成员,如非静态变量、非静态函数等。

www.9778.com 13 关于字段

字段本身没什么好说的,这里说一个字段的内联初始化问题吧,可能容易被忽视的一个小问题(不过好像也没什么影响),先看看一个简单的例子:

public class SomeType
{
    private int Age = 0;
    private DateTime StartTime = DateTime.Now;
    private string Name = "三体";
}

定义字段并初始化值,是一种很常见的代码编写习惯。但注意了,看看IL代码结构,一行代码(定义字段+赋值)被拆成了两块,最终的赋值都在构造函数里执行的。

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那么问题来了,如果有多个构造函数,就像下面这样,有多半个构造函数,会造成在两个构造函数.ctor中重复产生对字段赋值的IL代码,这就造成了不必要的代码膨胀。这个其实也很好解决,在非默认构造函数后加一个“:this()”就OK了,或者显示的在构造函数里初始化字段。

public class SomeType
{
    private DateTime StartTime = DateTime.Now;

    public SomeType() { }

    public SomeType(string name)
    {                
    }
}

  题目答案解析:

5. 自动属性有什么风险?

因为自动属性的私有字段是由编译器命名的,后期不宜随意修改,比如在序列化中会导致字段值丢失。

7. 下面的代码输出什么结果?为什么?

List<Action> acs = new List<Action>(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    acs.Add(() => { Console.WriteLine(i); });
}
acs.ForEach(ac => ac());

www.9778.com,输出了 5 5 5 5
5,全是5!因为闭包中的共享变量i会被提升为委托对象的公共字段,生命周期延长了

www.9778.com 15 委托的本质——是一个类

.NET中没有函数指针,方法也不可能传递,委托之所可以像一个普通引用类型一样传递,那是因为她本质上就是一个类。下面代码是一个非常简单的自定义委托:

public delegate void ShowMessageHandler(string mes);

看看她生产的IL代码

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我们一行定义一个委托的代码,编译器自动生成了一堆代码:

  • 编译器自动帮我们创建了一个类ShowMessageHandler,继承自System.MulticastDelegate(她又继承自System.Delegate),这是一个多播委托;
  • 委托类ShowMessageHandler中包含几个方法,其中最重要的就是Invoke方法,签名和定义的方法签名一致;
  • 其他两个版本BeginInvoke和EndInvoke是异步执行版本;

因此,也就不难猜测,当我们调用委托的时候,其实就是调用委托对象的Invoke方法,可以验证一下,下面的调用代码会被编译为对委托对象的Invoke方法调用:

private ShowMessageHandler ShowMessage;

//调用
this.ShowMessage("123");

www.9778.com 17

www.9778.com 18 .NET的闭包

闭包提供了一种类似脚本语言函数式编程的便捷、可以共享数据,但也存在一些隐患。

题目列表中的第7题,就是一个.NET的闭包的问题。

List<Action> acs = new List<Action>(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    acs.Add(() => { Console.WriteLine(i); });
}
acs.ForEach(ac => ac()); // 输出了 5 5 5 5 5,全是5?这一定不是你想要的吧!这是为什么呢?

上面的代码中的Action就是.NET为我们定义好的一个无参数无返回值的委托,从上一节我们知道委托实质是一个类,理解这一点是解决本题的关键。在这个地方委托方法共享使用了一个局部变量i,那生成的类会是什么样的呢?看看IL代码:

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共享的局部变量被提升为委托类的一个字段了:

  • 变量i的生命周期延长了;
  • for循环结束后字段i的值是5了;
  • 后面再次调用委托方法,肯定就是输出5了;

那该如何修正呢?很简单,委托方法使用一个临时局部变量就OK了,不共享数据:

List<Action> acss = new List<Action>(5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
    int m = i;
    acss.Add(() => { Console.WriteLine(m); });
}
acss.ForEach(ac => ac()); // 输出了 0 1 2 3 4

至于原理,可以自己探索了!

  常见面试题目:

  1. const和readonly有什么区别?

  2. 哪些类型可以定义为常量?常量const有什么风险?

  3. 字段与属性有什么异同?

  4. 静态成员和非静态成员的区别?

  5. 自动属性有什么风险?

  6. 特性是什么?如何使用?

  7. 下面的代码输出什么结果?为什么?

    List acs = new List(5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {

     acs.Add(() => { Console.WriteLine(i); });
    

    }
    acs.ForEach(ac => ac());

  8. C#中的委托是什么?事件是不是一种委托?

6. 特性是什么?如何使用?

特性与属性是完全不相同的两个概念,只是在名称上比较相近。Attribute特性就是关联了一个目标对象的一段配置信息,本质上是一个类,其为目标元素提供关联附加信息,这段附加信息存储在dll内的元数据,它本身没什么意义。运行期以反射的方式来获取附加信息。使用方法可以参考:

  委托与事件

什么是委托?简单来说,委托类似于 C或
C++中的函数指针,允许将方法作为参数进行传递。

  • C#中的委托都继承自System.Delegate类型;

  • 委托类型的声明与方法签名类似,有返回值和参数;

  • 委托是一种可以封装命名(或匿名)方法的引用类型,把方法当做指针传递,但委托是面向对象、类型安全的;