开源库 Natasha2016 ，让IL编程跑起来

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背景：

IL编程在普通的程序员的代码里几乎不会出现，但从Json.net、Dapper、Asp.net等等开源项目都体现出了IL编程的重要性。在IL编程的时候，上百行甚至上千行的IL代码实在让人头大，调试不方便不说，IL编程的逻辑也是不同于以往的编程。为了简化操作，优化IL编程逻辑，设计了这个库，取名为Natasha.

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简介：

类库名称：Natasha (娜塔莎)（原型苏联红军第25步兵师的中尉柳德米拉·帕夫利琴科，一名出色的女狙击手） 开源协议：MPL2.0版    本：2016作    者：LanX感    谢：Xue 和 Denni 在测试以及审查代码上的支持

地 址：https://github.com/NMSLanX/Natasha

类库功能：

• 动态方法

  • 支持多线程创建动态方法；
  • EMethod:对任意类方法的操作类；
  • EHandler:创建动态方法的操作类；

• 普通变量EVar

  • 对int、double、bool、float、string...等变量的操作以及枚举类型的若干操作
  • 重载一元二元运算符提供各种变量(包括运行时)的 + - * / % | & >> << ++ --操作；
  • 重载比较运算符提供各种变量(包括运行时)的比较操作;
  • 实现ILoadInstance数据入栈接口;
  • 临时变量可自加减以及Store赋值操作;
  • 可创建无临时变量的操作实例;

• 类和结构体EModel

  • 支持三种常规压栈方式(Builder,Action,Parameter);
  • 实现ILoadInstance数据入栈接口(this入栈);
  • 支持属性、字段、方法、私有属性字段（结构体不支持）的及时操作以及延迟操作;
  • 重载一元二元运算符提供各种变量(包括运行时)的 + - * / % | & >> << 操作;
  • 重载比较运算符提供各种变量(包括运行时)的比较操作;
  • 支持链式加载或延迟加载嵌套类或结构体的属性、字段、方法;
  • 提供链式操作来操作方法返回来的对象且无临时变量;
  • 支持CreateModelFromObject方法进行深度压栈复制，保证对象全新;
  • 提供EstruckCheck类检测结构体是否为刚初始化的结构体；注：结构体初始化不是空;

• 数组EArray

  • 支持三种常规压栈方式(Builder,Action,Parameter);
  • 实现ILoadInstance数据入栈接口(this入栈);
  • 提供StoreArray方法，支持各种数据入栈填充数组;
  • 提供LoadArray函数加载指定索引出的元素入栈;
  • 支持CreateArrayFromRuntimeArray方法进行深度压栈复制保证对象全新（直接等于也行）;

• 条件分支EJudge

  • 提供了if elseif else三个函数对逻辑进行分支处理;
  • 提供了 TrueJump正确跳转函数，FalseJump 错误跳转函数，JumpTo无条件跳转函数;
  • ENull提供了空值检测;
  • EDefult提供了默认值检测;
  • EDBNull提供了对DBNull类型检测;

• 循环结构ELoop

  • 提供了对数组的遍历操作;
  • 保留了对迭代器遍历的方法;
  • 提供了while循环操作;

• 拆装箱EPacket

  • EPacket提供了装箱函数以及拆箱函数

• 自定义类ClassBuilder

  • 支持自定义类，自定义属性，字段，方法及其保护级别等功能
  • 支持EModel使用自定义类

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用前科普

• 动态方法IL环境:

  我们创建动态方法时需要DynamicMethod对象创建ILGenerator实例来操作动态方法。
  比如 ：
  ilA = methodA.GetILGenerator();
  ilB = methodB.GetILGenerator();
  当你用ilA来写IL代码的时候，不能用ilB来参与methodA的创建过程。
  也就是ilA产生的临时变量不能用在ilB中，ilA与ilB是相互隔离的。
  我们在自定义类的时候也会有新的il产生，在设置属性的get/set方法的时候也会有新的il产生。
  这里还涉及到在动态方法中创建动态方法，所以需要保证il的工作环境相对是隔离的。
  因此设计了ThreadCache缓存类来设置和获取不同环境的IL或者action。
  EVar提供了普通变量的操作， EModel提供了类和结构体的操作，EArray提供了数组的操作这三个主要的操作类都有共同的基类ILGeneratorBase，初始化时会从ThreadCache中取IL.

• 类的入栈过程

  this.Age = 1:

  • 将this入栈。
  • 将1入栈。
  • 填充fieldinfo 或者 propertyinfo。

  this.Show()：

  • 将this入栈。
  • 调用show的methodinfo

  this指针入栈：

  • 委托形式
  • 外面的LocalBuilder
  • 参数形式

  在IL编程中：

  • LocalBuilder是临时变量，用Ldloc代码来调用;
  • ParameterIndex指定参数索引，用Ldarg等IL代码来调用;
  • 委托就是委托，可能委托中的代码比前两种更复杂;

  因此引出初始化类的几个初始化方法：
  private EModel(Type type, Action action): base(action, type){}
  private EModel(LocalBuilder builder, Type type): base(builder, type) {}
  private EModel(int parameterIndex, Type type): base(parameterIndex, type){}

  不管上面三种你选择了哪一种，this入栈都是由以下的接口来完成的。
  还有ILoadInstance接口：
  void Load(); //不是结构体或者结构体作为值类型填充时，入栈
  void LoadAddress(); //如果是结构体得加载地址
  注:实际封装要比这三种多，详情请看工程里的例子

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使用方法

• 创建动态方法:

      //动态创建Action委托    Delegate newMethod0 = EHandler.CreateMethod<ENull>((il)=>{}).Compile();    //动态创建Action<string,int>委托    Delegate newMethod1 = EHandler.CreateMethod<string,int,ENull>((il)=>{}).Compile();    //动态创建Func<string>委托    Delegate newMethod2 = EHandler.CreateMethod<string>((il) => { }).Compile();    //动态创建Func<string,TestClass>委托    Delegate newMethod3 = EHandler.CreateMethod<string, TestClass>((il) =>{}).Compile();

• 创建普通变量(非结构体，非类实例，非数组):

  //动态创建Action委托Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    //创建没有临时变量的普通入栈变量(没有临时变量，所以自加操作没有意义)    EVar intHandler = 1;    //创建函数操作句柄    EMethod method = typeof(Console);    //输出intHandler的时候，让变量做加法运算。    method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", intHandler + 665);    //结果:666；}).Compile();((Action)newMethod)();//动态创建Action委托Delegate newMethod1 = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    //创建有临时变量的普通入栈变量(自加操作可以被自身储存) 也就是说可以使用store存储函数    //int i = 664;    EVar intHandler = EVar.CreateVarFromObject(664);    //i++;    intHandler++;    //i=i+1;    intHandler.Store(intHandler + 1);    //创建函数操作句柄    EMethod method = typeof(Console);    //输出intHandler    method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", intHandler);   //结果:666 }).Compile();((Action)newMethod1)();

• 创建类\创建结构体:

  //动态创建Action委托Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    EModel model = null;    //测试类的字段    //model = EModel.CreateModel<DocumentClassFieldTest>();    //测试类的属性    //model = EModel.CreateModel<DocumentClassPropertyTest>();    //测试结构体的字段    model = EModel.CreateModel<StructField>();    //测试结构体的属性    //model = EModel.CreateModel<DocumentStructPropertyTest>();    model.Set("PublicName", "This is Public-Name");    model.Set("PrivateName", "This is Private-Name");    model.Set("PublicAge", 666);    model.Set("PrivateAge", 666);    EMethod method = typeof(Console);    method.ExecuteMethod<string>("WriteLine", model.Load("PrivateName"));    method.ExecuteMethod<string>("WriteLine", model.Load("PublicName"));    method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", model.Load("PublicAge"));    method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", model.Load("PrivateAge"));}).Compile();((Action)newMethod)();

• 创建数组\遍历数组:

  string[]        strArray    = new string[5];StructField[]   structArray = new StructField[5];DocumentEnum[]  enumArray   = new DocumentEnum[5];for (int i = 0; i < strArray.Length; i += 1){    strArray[i] = i.ToString();    enumArray[i] = DocumentEnum.ID;    structArray[i] = new StructField() { PublicAge = i };}//string数组遍历输出Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    EMethod method = typeof(Console);    //从运行时获取数组并入栈到IL层临时变量    EArray stringArrayModel = strArray;    //遍历数组    ELoop.For(stringArrayModel, (currentElement) =>    {        method.ExecuteMethod<string>("WriteLine", currentElement);    });}).Compile();((Action)newMethod)();//自定义数组Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    //创建长度为10的int类型数组    EArray arrayModel = EArray.CreateArraySpecifiedLength<int>(10);    //索引为5，6,7处填充数据6    arrayModel.StoreArray(5, 6);    arrayModel.StoreArray(6, 6);    arrayModel.StoreArray(7, 6);    //遍历输出    ELoop.For(0, 10, 1, arrayModel, (currentElement) =>    {        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", currentElement);    });}).Compile();((Action)newMethod)();//结构体数组遍历输出Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    //从运行时获取数组并入栈到IL层临时变量 或者EArray structArrayModel = structArray    EArray structArrayModel = EArray.CreateArrayFromRuntimeArray(structArray);    //遍历输出元素的PublicAge字段    ELoop.For(structArrayModel, (currentElement) =>    {        EModel model = EModel.CreateModelFromAction(currentElement, typeof(StructField));        model.LField("PublicAge");        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine");    });}).Compile();((Action)newMethod)(); //结构体数组遍历输出Delegate newMethod = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    EArray enumArrayModel = EArray.CreateArrayFromRuntimeArray(enumArray);    ELoop.For(enumArrayModel, (currentElement) =>    {        //使用action方式来加载当前元素        EModel model = EModel.CreateModelFromAction(        currentElement,         typeof(DocumentEnum)        );        model.Load();        //加载之后装箱        EPacket.Packet(typeof(DocumentEnum));        //用object参数的方式输出        method.ExecuteMethod<object>("WriteLine");    });}).Compile();((Action)newMethod)(); 

• 条件:

   TestClass t = new TestClass(); t.Field = 10; t.Property = 20;Delegate showResult = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    EMethod method = typeof(Console);    EVar emit_A = EVar.CreateWithoutTempVar(10);    EVar emit_B = EVar.CreateVarFromObject(20);    EModel model = EModel.CreateModelFromObject(t);    //注意model.DLoad方法，D代表Delay的意思就是延迟加载    EJudge.If(emit_A == model.DLoad("Field").Model)(() =>    {        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", 10);    }).ElseIf(emit_A > emit_B)(() =>    {        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", emit_A);    }).Else(() =>    {        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", emit_B);    });}).Compile();((Action)showResult)();

• while循环:

  Delegate showResult = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    EMethod method = typeof(Console);    EVar emit_A = EVar.CreateWithoutTempVar(16);    EVar emit_B = EVar.CreateVarFromObject(20);    ELoop.While(emit_A < emit_B)(() =>    {        method.ExecuteMethod<int>("WriteLine", emit_B);        emit_B--;    });    TestClass t = new TestClass() { Field = 10 };    //对运行时t对象进行深度复制，并填充到临时变量，以供IL层使用    EModel model = EModel.CreateModelFromObject(t);    ELoop.While(model.DLoad("Field").Model < emit_B)(() =>    {        //Console.WriteLine(model.field);        //这里需要传递委托，不传递委托则返回的是model类型而不是int类型        method.ExecuteMethod<int>(        "WriteLine",         model.DLoad("Field").DelayAction        );        //model.Field++        model.DLoad("Field").Model++;    });    ELoop.While(model.DLoad("Property").Model != 25)(() =>    {        method.ExecuteMethod<int>(        "WriteLine",         model.DLoad("Property").DelayAction    );    model.DLoad("Property").Model++;    });}).Compile();((Action)showResult)();

• 自定义类/使用自定义类:

  ClassBuilder builder = ClassBuilder.CreateModel("Hello");builder.CreateDefaultConstructor();builder.CreateField<string>("Age", FieldAttributes.Public);builder.CreateProperty<string>("Name");builder.CreateMethod<ENull>("Show", MethodAttributes.Public, (classModel) =>{    classModel.SField("Age", "This is Age.");    classModel.SProperty("Name", "This is name.");    classModel.LPropertyValue("Name");    classModel.ilHandler.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }));    classModel.ilHandler.Emit(OpCodes.Ret);    //下一版酌情对Method创建做优化});builder.EndBuilder();//使用自定义类Delegate ShowDelegate = EHandler.CreateMethod<ENull>((il) =>{    ClassHandler Model = ClassHandler.CreateInstance("Hello");    Model.EMethod("Show");    Model.LField("Age");    Model.ilHandler.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(string) }));}).Compile();((Action)ShowDelegate)();

• 补充:

  更多的详细用法请参照源代码中工程例子，对于迭代接口请实现Iiterator接口，并调用Eloop的Foreach方法进行遍历。
  以下是List的迭代接口实现案例，考虑在下一版中实现对迭代器的支持；

• 迭代器实现:

  #region 迭代器属性和方法(不支持)public int Length{    get;    set;}#endregion#region 迭代器属性和方法(支持)public LocalBuilder TempEnumerator {    get;    set;}public MethodInfo MoveNext{    get;    set;}public MethodInfo Current{    get;    set;}public MethodInfo Dispose{    get;    set;}public void LoadCurrentElement(LocalBuilder currentBuilder){    ilHandler.Emit(OpCodes.Ldloca, TempEnumerator);    ilHandler.Emit(OpCodes.Call, Current);}public void Initialize(){if (TempEnumerator == null)    {    TempEnumerator = ilHandler.DeclareLocal(typeof(List<T>.Enumerator));            MethodInfo GetEnumerator =TypeHandler.GetMethod(        "GetEnumerator",         new Type[0]    );    LoadAddress();    ilHandler.Emit(OpCodes.Callvirt, GetEnumerator);    ilHandler.Emit(OpCodes.Stloc, TempEnumerator);    MoveNext = typeof(List<T>.Enumerator).GetMethod(        "MoveNext",         new Type[0]    );    Current = typeof(List<T>.Enumerator).GetProperty("Current").GetGetMethod(true);    Dispose = typeof(List<T>.Enumerator).GetMethod("Dispose", new Type[0]);}}#endregion

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愿景

1、希望大家以平和的心态去对待菜鸟开源库的事情；2、Json.net 不也是人写出来的吗？Dapper是凭空产生的吗？希望大家发挥自己的创造力，共创辉煌？

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计划

1、本库采用MPL2.0开源协议、召集小伙伴继续完善下去，欢迎加入到开发队伍中，QQ群号：573026640；2、Natasha每年更一次正式版，版本号用去年的年号；

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吐槽

对于说我重复造轮子的人我没什么好说的，谁造谁知道；对于说我装B的人我想说一下：你猜错了，我想装C，装完C还想装D；这个库2016年开始封装，中间推翻了两版，重构十次以上，精神分裂、懵逼N次，怀疑人生1次，求小伙伴们一起参与到建设中来!为什么拿Natasha来命名这个库，因为她墓志铭上有这两句话：痛苦如此持久，像蜗牛充满耐心地移动；快乐如此短暂，像兔子的尾巴掠过秋天的草原；（跟开发过程相符）

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结尾

我相信，这行没有学习能力是走不远的。我也相信，没有创造力是看不清未来的。

愿这个库能给您的项目带来方便，给创作带来便利与灵感。
希望.NET在接下来的发展中能吸引更多的创造者，让.NET世界百花齐放。

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