详解C#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> { 2, 1, 4, 3 };

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

   Console.WriteLine(result);

   Console.ReadLine();
  }
 }
}

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("2".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");
  }
 }
}

• 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() = (
  01 00 00 00
 )
 // Methods
 .method public hidebysig static 
  int32 ToInt32 (
   string str
  ) cil managed 
 {
  .custom instance void 
[System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.ExtensionAttribute
::.ctor() = (
   01 00 00 00
  )
  // Method begins at RVA 0x2050
  // Code size 31 (0x1f)
  .maxstack 2
  .locals init (
   [0] int32,
   [1] bool,
   [2] int32
  )

  IL_0000: nop
  IL_0001: ldarg.0
  IL_0002: ldloca.s 0
  IL_0004: call bool [System.Runtime]System.Int32::TryParse(string, int32&)
  IL_0009: stloc.1
  IL_000a: ldloc.1
  IL_000b: brfalse.s IL_0012

  IL_000d: nop
  IL_000e: ldloc.0
  IL_000f: stloc.2
  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.2
  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 8
   .entrypoint

   IL_0000: nop
   IL_0001: ldstr "2"
   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 8

   IL_0000: ldarg.0
   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

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