C# Attribute 入门与精通：从基础到高级

Attribute (特性) 是 C# 中一种强大的元数据机制，允许你在代码中嵌入附加信息，而这些信息可以被编译器、运行时环境或第三方工具所利用。从简单的标记到复杂的配置，Attribute 在各个方面都发挥着重要作用，包括序列化、验证、代码生成以及 AOP（面向切面编程）。本文将深入探讨 C# Attribute，从基础概念到高级应用，帮助你充分理解和运用这一特性。

一、Attribute 的基本概念

Attribute 本质上是附加到代码元素（如类、方法、属性、字段、事件等）的元数据。它不改变代码的运行行为，而是提供额外的描述信息。可以将 Attribute 视为对代码元素的“注解”，可以被反射机制读取并用于各种目的。

1.1 语法和应用

在 C# 中，Attribute 通过方括号 [] 进行声明，紧跟在要修饰的代码元素之前。 Attribute 的名称通常以 “Attribute” 结尾，但在使用时可以省略 “Attribute” 后缀。

“`csharp
[Obsolete(“This method is deprecated, use NewMethod instead.”)]
public void OldMethod() {
// …
}

[Serializable]
public class MyData {
public int Value { get; set; }
}

[MyCustomAttribute(“Some data”)]
public class MyClass {
// …
}
“`

在上面的例子中：

Obsolete 是一个内置的 Attribute，用于标记过时的方法。它接收一个字符串参数，表示弃用信息。
Serializable 也是一个内置的 Attribute，用于标记一个类可以被序列化。它没有参数。
MyCustomAttribute 是一个自定义的 Attribute，接收一个字符串参数。

1.2 内置 Attribute

C# 提供了许多内置的 Attribute，用于控制编译器的行为、提供文档信息、支持调试和测试等。以下是一些常用的内置 Attribute：

ObsoleteAttribute: 标记代码元素已过时。
ConditionalAttribute: 根据条件编译代码。
SerializableAttribute: 标记类可序列化。
NonSerializedAttribute: 标记字段不可序列化。
DebuggerDisplayAttribute: 控制调试器中对象的显示方式。
DebuggerBrowsableAttribute: 控制调试器中对象成员的显示方式。
CompilerGeneratedAttribute: 标记代码由编译器生成。
AttributeUsageAttribute: 指定 Attribute 可以应用于哪些代码元素。
DllImportAttribute: 用于调用非托管 DLL 中的函数。

二、自定义 Attribute

虽然内置 Attribute 很有用，但自定义 Attribute 才是 Attribute 强大之处的体现。它可以让你定义特定于你的应用程序或框架的元数据。

2.1 定义自定义 Attribute 类

要创建一个自定义 Attribute，你需要创建一个继承自 System.Attribute 类的类。

“`csharp
[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false, Inherited = true)]
public class MyCustomAttribute : Attribute
{
private string _description;

public MyCustomAttribute(string description)
{
    _description = description;
}

public string Description
{
    get { return _description; }
}

public int Priority { get; set; } // Optional property

}
“`

AttributeUsageAttribute: 用于指定 Attribute 可以应用于哪些代码元素，是否可以多次应用，以及是否可以被继承。
- AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method 表示该 Attribute 可以应用于类和方法。你可以使用 AttributeTargets 枚举的各种值来指定不同的目标。
- AllowMultiple = false 表示该 Attribute 不能在同一个代码元素上多次应用。
- Inherited = true 表示该 Attribute 可以被子类继承。
构造函数: 用于接收 Attribute 的参数。在这个例子中，构造函数接收一个字符串 description。
属性: Attribute 也可以有属性，用于设置其他元数据。在这个例子中，我们有一个名为 Priority 的可选属性。

2.2 使用自定义 Attribute

定义好自定义 Attribute 之后，就可以像使用内置 Attribute 一样使用它了。

csharp [MyCustom("This is a class description.", Priority = 1)] public class MyClass { [MyCustom("This is a method description.")] public void MyMethod() { // ... } }

三、使用反射获取 Attribute 信息

Attribute 本身不执行任何操作，而是需要通过反射机制来读取和使用它们。 System.Reflection 命名空间提供了访问程序集元数据的类和接口。

3.1 获取 Attribute 实例

“`csharp
using System;
using System.Reflection;

public class AttributeReader
{
public static void ReadClassAttributes(Type type)
{
object[] attributes = type.GetCustomAttributes(typeof(MyCustomAttribute), true);

    foreach (MyCustomAttribute attribute in attributes)
    {
        Console.WriteLine($"Class Description: {attribute.Description}");
        Console.WriteLine($"Class Priority: {attribute.Priority}");
    }
}

public static void ReadMethodAttributes(MethodInfo method)
{
    object[] attributes = method.GetCustomAttributes(typeof(MyCustomAttribute), true);

    foreach (MyCustomAttribute attribute in attributes)
    {
        Console.WriteLine($"Method Description: {attribute.Description}");
    }
}

public static void Main(string[] args)
{
    ReadClassAttributes(typeof(MyClass));

    MethodInfo method = typeof(MyClass).GetMethod("MyMethod");
    if (method != null)
    {
        ReadMethodAttributes(method);
    }
}

}
“`

在这个例子中：

Type.GetCustomAttributes() 方法用于获取指定类型的 Attribute 实例。第一个参数是要获取的 Attribute 的类型，第二个参数指定是否搜索继承链。
MethodInfo.GetCustomAttributes() 方法与 Type.GetCustomAttributes() 类似，但用于获取方法的 Attribute。
获取到 Attribute 实例后，就可以访问其属性和方法来获取元数据信息。

四、Attribute 的高级应用

Attribute 在实际开发中有很多高级应用，可以极大地提高代码的可维护性、可扩展性和灵活性。

4.1 序列化和反序列化

Attribute 可以用于控制对象的序列化和反序列化过程。 SerializableAttribute 和 NonSerializedAttribute 是两个常用的 Attribute，用于标记类是否可序列化以及哪些字段不可序列化。

“`csharp
[Serializable]
public class Person
{
public string Name { get; set; }

[NonSerialized]
private int _age;

public int Age
{
    get { return _age; }
    set { _age = value; }
}

}
“`

此外，你还可以使用自定义 Attribute 来指定序列化和反序列化的行为，例如指定字段的序列化名称、格式等。

4.2 数据验证

Attribute 可以用于定义数据验证规则。你可以创建自定义 Attribute 来标记属性，并使用反射来验证属性的值是否符合规则。例如，你可以创建一个 RequiredAttribute 来标记必填字段，或者创建一个 StringLengthAttribute 来指定字符串的长度限制。

“`csharp
[AttributeUsage(AttributeTargets.Property, AllowMultiple = false)]
public class RequiredAttribute : Attribute
{
public string ErrorMessage { get; set; }

public RequiredAttribute(string errorMessage = "This field is required.")
{
    ErrorMessage = errorMessage;
}

public bool IsValid(object value)
{
    return value != null && !string.IsNullOrEmpty(value.ToString());
}

}

public class Validator
{
public static List Validate(object obj)
{
List errors = new List();
Type type = obj.GetType();

    foreach (PropertyInfo property in type.GetProperties())
    {
        object[] attributes = property.GetCustomAttributes(typeof(RequiredAttribute), true);

        foreach (RequiredAttribute attribute in attributes)
        {
            object value = property.GetValue(obj);
            if (!attribute.IsValid(value))
            {
                errors.Add(attribute.ErrorMessage);
            }
        }
    }

    return errors;
}

}

public class MyModel
{
[Required]
public string Name { get; set; }

public string Description { get; set; }

}
“`

4.3 代码生成

Attribute 可以用于驱动代码生成器。例如，你可以创建一个 Attribute 来标记需要自动生成代码的类或方法，然后使用反射来分析这些 Attribute 并生成相应的代码。这可以简化重复性的编码任务，并提高代码的一致性。

4.4 AOP（面向切面编程）

Attribute 是实现 AOP 的一种常见方式。你可以使用 Attribute 来标记需要应用切面的方法，然后使用反射和动态代理来在方法执行前后插入代码，实现日志记录、性能监控、安全验证等功能。例如，你可以创建一个 LogAttribute 来标记需要记录日志的方法。

“`csharp
[AttributeUsage(AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false)]
public class LogAttribute : Attribute
{
public string Message { get; set; }

public LogAttribute(string message = "Method execution log.")
{
    Message = message;
}

}

public class LoggingInterceptor : IInterceptor
{
public void Intercept(IInvocation invocation)
{
MethodInfo method = invocation.MethodInvocationTarget;
object[] attributes = method.GetCustomAttributes(typeof(LogAttribute), true);

    foreach (LogAttribute attribute in attributes)
    {
        Console.WriteLine($"[LOG] {attribute.Message} - Method: {method.Name}");
    }

    invocation.Proceed(); // Execute the original method
}

}

public interface IInterceptor
{
void Intercept(IInvocation invocation);
}

public interface IInvocation
{
MethodInfo MethodInvocationTarget { get; }
object Proceed();
}
“`

五、总结与最佳实践

Attribute 是 C# 中一种强大的工具，可以为代码添加元数据，并用于各种目的。通过本文的学习，你应该对 Attribute 的基本概念、自定义 Attribute 的创建和使用，以及 Attribute 的高级应用有了深入的理解。

最佳实践：

谨慎使用 Attribute： 不要过度使用 Attribute，只在需要添加元数据信息时才使用。
选择合适的 AttributeTargets： 确保 Attribute 只能应用于它应该应用的元素。
提供清晰的文档： 为你的自定义 Attribute 提供清晰的文档，说明它的用途和参数。
考虑性能影响： 反射操作可能会影响性能，因此在性能敏感的场景中要谨慎使用 Attribute。
命名规范: Attribute 的类名通常以 “Attribute” 结尾，这是一个约定，可以提高代码的可读性。

掌握 Attribute 的使用，可以让你编写更灵活、更可维护、更易于扩展的 C# 代码。通过实践和探索，你将能够充分利用 Attribute 的强大功能，提升你的编程技能。

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