C#实验笔记#3:反射

这次实验是单纯的对C#反射特性的学习，没什么特别的。

前期准备

实验要求

3.2 构建一个components.txt文件，每行代表一个类（比如形状类Shape）的名字（这些类可以来自系统库，或者自己构造）；程序逐行扫描该文件，构建对应的类的对象。要求：

1）并把这些对象放到数组中；

列出每个类的字段、方法；

3）让用户选择，使得用户可以调用所需要的方法（操作）

4）系统随机选择对象（比如形状），随机的执行其操作。从而看系统演化。可能的话，进行界面展示

前置知识

实验要求中需要我们通过类名字实例化对象，且列出其字段与方法，并尝试调用方法。以上这些操作都指向了C#中很重要的一个知识点——反射。

反射提供描述程序集、模块和类型的对象（Type 类型）。可以使用反射动态地创建类型的实例，将类型绑定到现有对象，或从现有对象中获取类型，然后调用其方法或访问器字段和属性。如果代码中使用了特性，可以利用反射来访问它们。

如果对反射还不太理解，建议参阅C#官方文档。

而从文件中读取的操作则需要System.IO中File类的操作。

对于调用形状库，则需要使用System.Reflection中的Assembly.LoadFrom方法。

有了以上基础知识的积累，就可以开始编写程序了。

实验过程

构建形状库

首先创建一个cs文件，写入形状类代码：

using System;

namespace ShapeRefl
{
    public class Shape //形状基类
    {
        public const double PI = Math.PI;
        protected double x, y;
        public Shape() { }
        public Shape(double x,double y)
        {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
        public virtual double GetArea() { return 0; }
        public virtual double GetPerimeter() { return 0; }
    }

    public class Square : Shape //正方形
    {
        public Square(double x,double y) : base(x, 0) { }
        public override double GetArea()
        {
            return x * x;
        }
        public override double GetPerimeter()
        {
            return 4 * x;
        }
    }
    public class Rectangle : Shape //矩形
    {
        public Rectangle(double x,double y) : base(x, y) { }
        public override double GetArea()
        {
            return x * y;
        }
        public override double GetPerimeter()
        {
            return 2 * (x + y);
        }
    }
    public class Triangle : Shape //等腰三角形
    {
        public Triangle(double x,double y) : base(x, y) { }
        public override double GetArea()
        {
            return 0.5 * x * y;
        }
        public override double GetPerimeter()
        {
            return Math.Sqrt(x * x * 0.25 + y * y) * 2 + x;
        }
    }
    public class Circle : Shape //圆形
    {
        public Circle(double x,double y) : base(x, 0) { }
        public override double GetArea()
        {
            return PI * x * x;
        }
        public override double GetPerimeter()
        {
            return 2 * PI * x;
        }
    }
    public class Ellipse : Shape //椭圆形
    {
        public Ellipse(double x,double y) : base(x, y) { }
        public override double GetArea()
        {
            return PI * x * y;
        }
        public override double GetPerimeter()
        {
            return 2 * PI * y + (x - y) * 4;
        }
    }
}

但设计完了这些类，却不能直接被另一个文件所引用。我们需要将其打包成一个dll库文件。

打开解决方案资源管理器 ，右键项目，选择属性，打开项目的属性设置界面。

将项目的输出类型设为类库。

最后回到解决方案资源管理器 ，右键解决方案 ，点击重新生成解决方案 。

稍作等待，就能在下方给出的地址中获得生成的dll类库文件了。

先将这个类库文件存下来，取个好记的名字，比如我这里改成了Shape.dll，后续在代码中会用到。

主体代码

调用类库

新创建一个项目，作为我们的代码主体。先随便写点东西生成一次解决方案。此时我们可以在Debug文件夹下找到项目的exe文件，记住这个目录，并将之前那个dll文件移动到此处，同时创建components.txt文件，作为读取文件。

此时回到代码，开始程序的编写：

1 2	Assembly assembly = Assembly.LoadFrom("Shape.dll"); string fileName = "components.txt";

创建一个字符串变量fileName作为读取文件路径，方便后续调用。再创建一个Assembly变量加载之前编写的类库。

同时在Main函数外创建一个全局变量，作为实例化的类对象的数组：

1	static ArrayList clsList = new ArrayList();

读取文件

static void ReadFromFile(string fileName,Assembly assembly)
{
    /*文件流*/
    FileStream file = File.OpenRead(fileName);
    StreamReader stream = new StreamReader(file, System.Text.Encoding.Default);
    file.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
            
    string nspName = "ShapeRefl.";
    string clsName = "";
    object[] ars = { 3, 5 };

    while (stream.Peek() > -1)
    {
        clsName = stream.ReadLine();
        object obj = assembly.CreateInstance(nspName + clsName, true, BindingFlags.Default, null, ars, null, null);
        clsList.Add(obj);          
    }
}

首先创建一个读取文件流与一个文件流指针，并从文件头开始读取：

1
2
3

FileStream file = File.OpenRead(fileName);
StreamReader stream = new StreamReader(file, System.Text.Encoding.Default);
file.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

接下来开始逐行读入文件名，并由读入的文件名实例化对象以及将其加入数组：

1	object obj = assembly.CreateInstance(nspName + clsName, true, BindingFlags.Default, null, ars, null, null);

这部分的核心是实例化对象的函数CreateInstance()。对于需要写入参数的函数要传入多个参数。大部分参数不用修改，只需特别关注第一与第五个参数：第一个参数为完整的类名，即需要以“命名空间.类名”的形式写入，由于我们的类都在同一个命名空间中，所以无需额外写入，只需修改类名即可。而第五个参数为传入构造函数的参数，用一个object[]来储存，如用ars={3,5}来实例化Square对象，其实就相当于new Square(3,5)。

列出信息

这部分函数可谓展示了反射的大部分内容，是该程序的核心：

static void ShowAll()
{
    for(int i=0;i<clsList.Count;i++)
    {
        Type type = clsList[i].GetType();
        /*输出类名*/
        if (type != null) 
            Console.WriteLine("- {0}: <{1}>", i+1, type.FullName);
        /*输出方法*/
        MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
        Console.WriteLine("\t方法({0})", methods.Length);
        foreach (MethodInfo method in methods) 
            Console.WriteLine("\t|- {0}", method.Name);
        /*输出字段*/
        FieldInfo[] fields = type.GetFields();
        Console.WriteLine("\t字段({0})", fields.Length);
        foreach (FieldInfo field in fields) 
            Console.WriteLine("\t|- {0}", field.Name);
    }
}

GetType()函数可以获得当前类的类型，将其存在type变量中。对该变量，可以进行FullName，GetMethods()与GetFields()等操作，分别为获得其完整的名字、获得其所有方法以及获得其所有字段。使用这几个方法，即可完成对其方法与字段的打印。

选择调用

static void UserChoose()
{
    for (int i = 0; i < clsList.Count; i++)
    {
        Type type = clsList[i].GetType();
        /*输出类名*/
        if (type != null) 
            Console.WriteLine("- {0}: <{1}>", i + 1, type.FullName);
    }
    Console.WriteLine("请选择要访问的类(1~{0})", clsList.Count);
    int clsChoice;
    clsChoice = int.Parse(Console.ReadLine())-1;
    if (clsChoice >= 0 && clsChoice < clsList.Count)
    {
        Type type = clsList[clsChoice].GetType();
        MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
        Console.WriteLine("方法({0})", methods.Length);
        for (int i = 0; i < methods.Length; i++) 
            Console.WriteLine("|{0}. {1}", i + 1, methods[i].Name);
        Console.WriteLine("请选择要访问的方法(1~{0})", methods.Length);
        int mtdChoice;
        mtdChoice= int.Parse(Console.ReadLine())-1;
        if (mtdChoice >= 0 && mtdChoice < methods.Length && mtdChoice != 4)
            Console.WriteLine(methods[mtdChoice].Name + ":" + methods[mtdChoice].Invoke(clsList[clsChoice], null));
    }
}

已经实现了以上列出信息的部分，选择调用的部分就不再复杂，无非是做点基础的语法调整。但这里需要额外注意一下：第4号方法（从0开始计数）为Equal方法，为二元方法，无法被直接调用打印，所以需要跳过，否则程序会崩溃。

随机调用

该部分的代码实现也与上述过程如出一辙：

static void SystemRand()
{
    Random random = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);
    int clsChoice = random.Next(0, clsList.Count - 1);
    Type type = clsList[clsChoice].GetType();
    Console.WriteLine(type.Name);
    MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
    int mtdChoice = random.Next(0, 5);
    while (mtdChoice == 4)
        mtdChoice = random.Next(0, 5);
    Console.WriteLine(methods[mtdChoice].Name + ":" + methods[mtdChoice].Invoke(clsList[clsChoice], null));
}

但需要引入一个随机数生成器Random，其构造函数可以引入一个参数作为种子，一般情况下为了接近真正的随机，我们选用当前时间tick数(DateTime.Now.Ticks作为种子。有了这个生成器，我们就可以用Next()方法获取下一个随机数了。值得注意的是，这里也需要避开Equal方法的直接调用。

结尾

完成了以上函数，我们就只需要稍微润色一下Main函数，用文字实现简单的操作交互即可：

static void Main(string[] args)
{
    Assembly assembly = Assembly.LoadFrom("Shape.dll");
    string fileName = "components.txt";
    ReadFromFile(fileName, assembly);
    string action = "9";
    while (action != "0")
    {
        Console.Clear();
        switch (action)
        {
            case "1":
                ShowAll();
                break;
            case "2":
                UserChoose();
                break;
            case "3":
                SystemRand();
                break;
            default:break;
        }
        Console.WriteLine("请输入操作代码:");
        Console.WriteLine("1.列出所有类的字段与方法");
        Console.WriteLine("2.由用户选择操作");
        Console.WriteLine("3.系统随机选择操作");
        Console.WriteLine("0.退出程序");
        action = Console.ReadLine();
    }
}

完整代码

using System;
using System.IO;
using System.Reflection;
using System.Collections;

namespace testConsole
{   
    class Program
    {
        static ArrayList clsList = new ArrayList();
        static void Main(string[] args)
        {
            Assembly assembly = Assembly.LoadFrom("Shape.dll");
            string fileName = "components.txt";
            ReadFromFile(fileName, assembly);
            string action = "9";
            while (action != "0")
            {
                Console.Clear();
                switch (action)
                {
                    case "1":
                        ShowAll();
                        break;
                    case "2":
                        UserChoose();
                        break;
                    case "3":
                        SystemRand();
                        break;
                    default:break;
                }
                Console.WriteLine("请输入操作代码:");
                Console.WriteLine("1.列出所有类的字段与方法");
                Console.WriteLine("2.由用户选择操作");
                Console.WriteLine("3.系统随机选择操作");
                Console.WriteLine("0.退出程序");
                action = Console.ReadLine();
            }
        }
        static void ReadFromFile(string fileName,Assembly assembly)
        {
            /*文件流*/
            FileStream file = File.OpenRead(fileName);
            StreamReader stream = new StreamReader(file, System.Text.Encoding.Default);
            file.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
            
            string nspName = "ShapeRefl.";
            string clsName = "";
            object[] ars = { 3, 5 };

            while (stream.Peek() > -1)
            {
                clsName = stream.ReadLine();
                object obj = assembly.CreateInstance(nspName + clsName, true, BindingFlags.Default, null, ars, null, null);
                clsList.Add(obj);          
            }
        }
        static void ShowAll()
        {
            for(int i=0;i<clsList.Count;i++)
            {
                Type type = clsList[i].GetType();
                /*输出类名*/
                if (type != null) 
                    Console.WriteLine("- {0}: <{1}>", i+1, type.FullName);
                /*输出方法*/
                MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
                Console.WriteLine("\t方法({0})", methods.Length);
                foreach (MethodInfo method in methods) 
                    Console.WriteLine("\t|- {0}", method.Name);
                /*输出字段*/
                FieldInfo[] fields = type.GetFields();
                Console.WriteLine("\t字段({0})", fields.Length);
                foreach (FieldInfo field in fields) 
                    Console.WriteLine("\t|- {0}", field.Name);
            }
        }
        static void UserChoose()
        {
            for (int i = 0; i < clsList.Count; i++)
            {
                Type type = clsList[i].GetType();
                /*输出类名*/
                if (type != null) 
                    Console.WriteLine("- {0}: <{1}>", i + 1, type.FullName);
            }
            Console.WriteLine("请选择要访问的类(1~{0})", clsList.Count);
            int clsChoice;
            clsChoice = int.Parse(Console.ReadLine())-1;
            if (clsChoice >= 0 && clsChoice < clsList.Count)
            {
                Type type = clsList[clsChoice].GetType();
                MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
                Console.WriteLine("方法({0})", methods.Length);
                for (int i = 0; i < methods.Length; i++) 
                    Console.WriteLine("|{0}. {1}", i + 1, methods[i].Name);
                Console.WriteLine("请选择要访问的方法(1~{0})", methods.Length);
                int mtdChoice;
                mtdChoice= int.Parse(Console.ReadLine())-1;
                if (mtdChoice >= 0 && mtdChoice < methods.Length && mtdChoice != 4)
                    Console.WriteLine(methods[mtdChoice].Name + ":" + methods[mtdChoice].Invoke(clsList[clsChoice], null));
            }
        }
        static void SystemRand()
        {
            Random random = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);
            int clsChoice = random.Next(0, clsList.Count - 1);
            Type type = clsList[clsChoice].GetType();
            Console.WriteLine(type.Name);
            MethodInfo[] methods = type.GetMethods();
            int mtdChoice = random.Next(0, 5);
            while (mtdChoice == 4)
                mtdChoice = random.Next(0, 5);
            Console.WriteLine(methods[mtdChoice].Name + ":" + methods[mtdChoice].Invoke(clsList[clsChoice], null));
        }
    }
}