C# 4 中的 Dynamic 關鍵字

轉自 https://kb.cnblogs.com/page/92947/

dynamic 關鍵字和動態(tài)語言運行時 (DLR) 是 C# 4 和 Microsoft .NET Framework 4 中的重大新增功能。 這些功能在宣布時就引起了人們的極大興趣，并伴隨著許多疑問。 同時人們也給出了很多答案，但這些答案現(xiàn)在已散布于各種文檔以及各種技術博客和文章之中。 這樣，人們在各種論壇和會議上總是一遍又一遍地提出相同的問題。

本文全面概述了 C# 4 中新增的動態(tài)功能，并且深入探討了這些功能如何同其他語言和框架功能（例如反射或隱式類型化變量）一起使用。 鑒于已有大量信息可用，我有時會重新使用一些經典示例，并提供指向原始源的鏈接。 我還將提供指向相關內容的大量鏈接，供您進一步閱讀。

什么是“動態(tài)”？

編程語言有時可劃分為靜態(tài)類型化語言和動態(tài)類型化語言。 C# 和 Java 經常被認為是靜態(tài)類型化語言的例子，而 Python、Ruby 和 JavaScript 是動態(tài)類型化語言的例子。

一般而言，動態(tài)語言不執(zhí)行編譯時類型檢查，僅在運行時識別對象的類型。 這種方法有利有弊：代碼編寫起來往往更快、更容易，但同時，由于您不會獲得編譯器錯誤，只能通過單元測試和其他方法來確保應用程序正常運行。

C# 最初是作為純靜態(tài)語言創(chuàng)建的，但 C# 4 添加了一些動態(tài)元素，用以改進與動態(tài)語言和框架之間的互操作性。 C# 團隊考慮了多種設計選項，但最終確定添加一個新關鍵字來支持這些功能：dynamic。

dynamic 關鍵字可充當 C# 類型系統(tǒng)中的靜態(tài)類型聲明。 這樣，C# 就獲得了動態(tài)功能，同時仍然作為靜態(tài)類型化語言而存在。 若要了解為何以及如何做出了這樣的決定，請參考 PDC09 (microsoftpdc.com/2009/FT31) 上由Mads Torgersen 撰寫的演示文稿“C# 4 中的動態(tài)綁定”。 尤其是，動態(tài)對象被認定是 C# 語言中的“一等公民”，因此沒有用于打開或關閉動態(tài)功能的選項，并且沒有向 C# 添加過類似于 Visual Basic 中的 Option Strict On/Off 之類的功能。

當您使用 dynamic 關鍵字時，您就告訴編譯器關閉編譯時檢查。 網上以及 MSDN 文檔中 (msdn.microsoft.com/library/dd264736) 有大量關于如何使用該關鍵字的示例。 下面是一個常見示例：

dynamic d = "test"; Console.WriteLine(d.GetType()); // Prints "System.String". d = 100; Console.WriteLine(d.GetType()); // Prints "System.Int32".

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如您所見，可以將不同類型的對象分配給已聲明為 dynamic 的變量。 這段代碼會通過編譯，并在運行時確定對象的類型。 不過，下面的代碼也會通過編譯，但在運行時會引發(fā)異常：

dynamic d = "test"; // The following line throws an exception at run time. d++;

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原因是相同的：編譯器不知道該對象的運行時類型，因此無法告訴您遞增操作在此情況下不受支持。

缺少編譯時類型檢查也會導致 IntelliSense 功能無效。 由于 C# 編譯器不知道對象的類型，因此它無法枚舉該對象的屬性和方法。 正如在用于 Visual Studio 的 IronPython 工具中那樣，通過附加的類型推斷可能會解決此問題，但目前 C# 不提供這種類型推斷。

但是，在許多可能獲益于動態(tài)功能的方案中，由于代碼使用了字符串文本而導致 IntelliSense 還是不可用。 本文在后面將對這一問題進行更詳細的討論。

Dynamic、Object 還是 Var？

那么，dynamic、object 和 var 之間的實際區(qū)別是什么？何時應使用它們？ 下面是每個關鍵字的簡短定義和一些示例。

關鍵字 object 表示 System.Object 類型，它是 C# 類層次結構中的根類型。 此關鍵字經常在編譯時無法確定對象類型時使用，而這種情況經常在各種互操作性情形中發(fā)生。

您需要使用顯式轉換將已聲明為 object 的變量轉換為特定類型：

object objExample = 10; Console.WriteLine(objExample.GetType());

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顯然，這將輸出 System.Int32。 但是，因為靜態(tài)類型為 System.Object，所以您在這里需要一個顯式轉換：

objExample = (int)objExample + 10;

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您可以賦予不同類型的值，因為它們都是從 System.Object 繼承的：

objExample = "test"

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從 C# 3.0 起，關鍵字 var 開始用于隱式類型化局部變量以及匿名類型。 此關鍵字經常與 LINQ 結合使用。 當使用 var 關鍵字聲明變量時，將在編譯時根據(jù)初始化字符串推斷該變量的類型。 在運行時無法更改該變量的類型。 如果編譯器不能推斷類型，它會生成一個編譯錯誤：

var varExample = 10; Console.WriteLine(varExample.GetType());

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這段代碼會輸出 System.Int32，與靜態(tài)類型相同。

在下面的示例中，因為 varExample 的靜態(tài)類型為 System.Int32，所以不需要轉換：

varExample = varExample + 10;

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下面一行不進行編譯，因為只能將整數(shù)賦給 varExample：

varExample = "test";

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C# 4 中引入的 dynamic 關鍵字可使某些傳統(tǒng)上依賴于 object 關鍵字的情形更容易編寫和維護。 實際上，動態(tài)類型在后臺使用 System.Object 類型。但與 object 不同的是，動態(tài)類型不需要在編譯時執(zhí)行顯式轉換操作，因為它僅在運行時識別類型：

dynamic dynamicExample = 10; Console.WriteLine(dynamicExample.GetType());

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此段代碼會輸出 System.Int32。

在下面這一行中不需要轉換，因為僅在運行時識別類型：

dynamicExample = dynamicExample + 10;

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可以將不同類型的值賦給 dynamicExample：

dynamicExample = "test";

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在 C# 常見問題解答博客 (bit.ly/c95hpl) 上，提供了關于關鍵字 object 和 dynamic 之間差別的詳細博客文章。

有時會引起混淆的是，所有這些關鍵字可以一起使用，即它們不是互相排斥的。 例如，我們來看一看下面的代碼：

dynamic dynamicObject = new Object(); var anotherObject = dynamicObject;

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anotherObject 的類型是什么？ 我的回答是：dynamic。 請記住，在 C# 類型系統(tǒng)中，dynamic 實際上是一個靜態(tài)類型，因此，編譯器將為 anotherObject 推斷此類型。 務必要知道，var 關鍵字不過是一個指令，它讓編譯器根據(jù)變量的初始化表達式推斷類型；var 不是類型。

動態(tài)語言運行時

說起 C# 語言環(huán)境中的“dynamic”這一術語，它通常指下面兩個概念之一：C# 4 中的 dynamic 關鍵字或 DLR。 雖然這兩個概念是相關的，但也務必要了解它們之間的差別。

DLR 有兩個主要目的。 首先，它實現(xiàn)動態(tài)語言和 .NET Framework 之間的互操作。 其次，它將動態(tài)行為引入 C# 和 Visual Basic 之中。

DLR 的創(chuàng)建吸取了構建 IronPython (ironpython.net) 時的經驗教訓（IronPython 是在 .NET Framework 上實現(xiàn)的第一種動態(tài)語言）。 在構建 IronPython 時，工作團隊發(fā)現(xiàn)他們可以針對多種語言重復使用他們的實現(xiàn)，因此，他們?yōu)?.NET 動態(tài)語言創(chuàng)建了一個公共基礎平臺。 與 IronPython 一樣，DLR 已成為一個開源項目，其源代碼目前在 dlr.codeplex.com 上提供。

后來，.NET Framework 4 中也納入了 DLR，以支持 C# 和 Visual Basic 中的動態(tài)功能。 如果您只需要 C# 4 中的 dynamic 關鍵字，那么使用 .NET Framework 就可以了。在大多數(shù)情況下，僅憑 .NET Framework 即可處理與 DLR 之間的所有交互。 但是，如果您希望實現(xiàn)新的動態(tài)語言或將其遷移到 .NET，則可以獲益于開源項目中額外的幫助程序類，該開源項目為語言實現(xiàn)人員提供了更多功能和服務。

在靜態(tài)類型化語言中使用 Dynamic

我們并不期待每個人都盡可能使用動態(tài)而不是靜態(tài)類型聲明。 編譯時檢查是一個強大的工具，對它的使用多多益善。 而且，再次指出，C# 中的動態(tài)對象不支持 IntelliSense，這對總體工作效率可能會有些影響。

同時，在出現(xiàn) dynamic 關鍵字和 DLR 之前，有一些方案在 C# 中曾經難以實現(xiàn)。 在以前的大多數(shù)情況下，開發(fā)人員使用 System.Object 類型和顯式轉換，同樣不能很好地利用編譯時檢查和 IntelliSense。 下面是一些例子。

人們最熟知的一個情況是，有時必須使用 object 關鍵字來實現(xiàn)與其他語言或框架的互操作性。 通常，您必須依靠反射來獲取對象的類型以及訪問其屬性和方法。 語法有時難以閱讀，因此代碼難以維護。 此時使用動態(tài)功能可能比使用反射更加容易和方便。

Anders Hejlsberg 在 PDC08 (channel9.msdn.com/pdc2008/TL16) 上提供了一個極好的例子，如下所示：

object calc = GetCalculator(); Type calcType = calc.GetType(); object res = calcType.InvokeMember( "Add", BindingFlags.InvokeMethod, null, new object[] { 10, 20 }); int sum = Convert.ToInt32(res);

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該函數(shù)返回一個計算器，但系統(tǒng)在編譯時不知道此計算器對象的精確類型。 代碼所依賴的唯一事情是此對象應具有 Add 方法。 請注意，此方法無法使用 IntelliSense，因為您以字符串文本的形式提供了方法名稱。

使用 dynamic 關鍵字，代碼就很簡單了：

dynamic calc = GetCalculator(); int sum = calc.Add(10, 20);

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假設情況沒有變化：存在某種我們希望其具有 Add 方法的未知類型的對象。 與上一個示例一樣，此方法也不能使用 IntelliSense。 但語法閱讀和使用起來要容易很多，看上去就像在調用一個普通的 .NET 方法。

動態(tài)方法包

可以利用動態(tài)功能的另外一個例子是創(chuàng)建動態(tài)方法包，動態(tài)方法包就是可在運行時添加和刪除屬性及方法的對象。

.NET Framework 4 有一個新的命名空間：System.Dynamic。 此命名空間實際上是 DLR 的一部分。 System.Dynamic.ExpandoObject 和 System.Expando.DynamicObject 類與新的 dynamic 關鍵字相結合，有助于以清晰和易于閱讀的方式來創(chuàng)建動態(tài)結構和層次結構。

例如，下面說明了如何使用 ExpandoObject 類來添加屬性和方法：

dynamic expando = new ExpandoObject(); expando.SampleProperty = "This property was added at run time"; expando.SampleMethod = (Action)(() => Console.WriteLine(expando.SampleProperty)); expando.SampleMethod();

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要了解更加深入的方案，您一定要看看關于 ExpandoObject 和 DynamicObject 類的 MSDN 文檔。 同時，還有一些值得一看的文章，比如由 Bill Wagner 撰寫的文章“動態(tài)方法包”(msdn.microsoft.com/library/ee658247) 以及 C# 常見問題解答博客文章“C# 4.0 中的 Dynamic：ExpandoObject 簡介”(bit.ly/amRYRw)。

類包裝

您可以為自己的庫提供更好的語法，或為現(xiàn)有庫創(chuàng)建包裝。 與前兩個方案相比，這是一個更高級的方案，并且需要對 DLR 具體內容有更深入的了解。

對于簡單情況，可以使用 DynamicObject 類。 在這個類中，可以將方法和屬性的靜態(tài)聲明與動態(tài)調度進行混合。 這樣，您就可以在一個類屬性中存儲一個要為其提供更佳語法的對象，但通過動態(tài)調度來處理針對該對象的所有操作。

例如，請看一下圖 1 中的 DynamicString 類，該類包裝了一個字符串，并在通過反射實際調用所有方法之前顯示這些方法的名稱。

public class DynamicString : DynamicObject { string str; public DynamicString(string str) { this.str = str; } public override bool TryInvokeMember( InvokeMemberBinder binder, object[] args, out object result) { Console.WriteLine("Calling method: {0}", binder.Name); try { result = typeof(string).InvokeMember( binder.Name, BindingFlags.InvokeMethod | BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance, null, str, args); return true; } catch { result = null; return false; } } }

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若要實例化該類，應使用 dynamic 關鍵字：

dynamic dStr = new DynamicString(“Test”);

Console.WriteLine(dStr.ToUpper());

Console.ReadLine();

當然，這個特定示例出于演示目的而設計，不具有實際效率。 但是，如果您擁有已嚴重依賴于反射的 API，就可以如此處所示將所有通過反射進行的調用打包，以便針對 API 的最終用戶隱藏這些調用。

有關更多示例，請參見 MSDN 文檔 (msdn.microsoft.com/library/system.dynamic.dynamicobject) 以及 C# 常見問題解答博客文章“C# 4.0 中的 Dynamic：通過 DynamicObject 創(chuàng)建包裝”(bit.ly/dgS3od)。

可編寫腳本的應用程序

腳本是向應用程序提供可擴展性的一種強大方法。 Microsoft Office 可作為這方面的一個好例子：由于 Visual Basic for Applications (VBA) 的存在，可以使用大量的宏、加載項和插件。 現(xiàn)在，DLR 提供了一組公用的語言宿主 API，因此可讓您創(chuàng)建可編寫腳本的應用程序。

例如，您可以創(chuàng)建一個應用程序，使用戶能夠自己在其中添加功能而不需要主產品提供新功能，例如向游戲中添加新的字符和映射，或向業(yè)務應用程序添加新的圖表。

您必須使用來自 dlr.codeplex.com 的開源版 DLR 而不是由 .NET Framework 4 使用的 DLR，因為 DLR 腳本編寫和宿主 API 現(xiàn)在僅在開源版中提供。 另外，假定的情況是您不是使用 C# 編寫腳本，而是使用一種 .NET 動態(tài)語言（如 IronPython 或 IronRuby）來編寫。 然而，實際上任何語言都可以支持這些 API，包括不是在 DLR 之上實現(xiàn)的語言。

有關使用此功能的詳細信息，請觀看 PDC09 (microsoftpdc.com/2009/FT30) 上由 Dino Viehland 所做的演示“使用動態(tài)語言生成可編寫腳本的應用程序”。

識別動態(tài)對象

如何區(qū)分動態(tài)對象與其他對象？ 一個簡便方法是使用內置的 IDE 功能。 您可以將鼠標光標懸停在對象上以查看其聲明類型，或檢查 IntelliSense 是否可用。

然而在運行時，情況會變得更加復雜。 您無法檢查變量是否是通過 dynamic 關鍵字聲明的 — 動態(tài)對象的運行時類型是它所存儲的值的類型，您無法獲取其靜態(tài)類型聲明。 這種情況與將變量聲明為 object 時的情況相同：在運行時，您只能獲取變量所存儲的值的類型；無法判斷此變量最初是否聲明為 object。

運行時所能確定的是對象是否來自 DLR。 知道這種情況可能十分重要，因為像 ExpandoObject 和 DynamicObject 類型的對象可在運行時改變其行為，例如，添加和刪除屬性及方法。

此外，也無法使用標準反射方法來獲取有關這些對象的信息。 如果向 ExpandoObject 類的實例添加屬性，則無法通過反射獲取該屬性：

dynamic expando = new ExpandoObject(); expando.SampleProperty = "This property was added at run time"; PropertyInfo dynamicProperty = expando.GetType().GetProperty("SampleProperty"); // dynamicProperty is null.

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有利的方面是，在 .NET Framework 4 中，所有可動態(tài)添加和刪除成員的對象都必須實現(xiàn)一個特定接口：System.Dynamic.IDynamicMetaObjectProvider。 DynamicObject 和 ExpandoObject 類也實現(xiàn)了這個接口。 不過，這并不表示任何使用 dynamic 關鍵字聲明的對象都實現(xiàn)此接口：

dynamic expando = new ExpandoObject(); Console.WriteLine(expando is IDynamicMetaObjectProvider); // True dynamic test = "test"; Console.WriteLine(test is IDynamicMetaObjectProvider); // False

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因此，如果將動態(tài)功能與反射一起使用，則請記住，反射不適用于動態(tài)添加的屬性和方法，并且最好檢查正在反射的對象是否實現(xiàn)了 IDynamicMetaObjectProvider 接口。

動態(tài)功能與 COM 互操作

C# 團隊在 C# 4 版本中專門考慮的 COM 互操作方案是針對 Microsoft Office 應用程序（如 Word 和 Excel）進行編程。 他們的目的是讓這一任務在 C# 中變得像在 Visual Basic 中那樣容易和自然。 這也是 Visual Basic 和 C# 共同發(fā)展策略的一部分，這個策略旨在實現(xiàn)兩種語言的功能對等，并相互借鑒最佳、最具效率的解決方案。

若需了解詳細信息，請參閱 Scott Wiltamuth 的 Visual Studio 博客文章“C# 和 VB 共同發(fā)展”(bit.ly/bFUpxG)。

顯示了一段 C# 4 代碼，該代碼向 Excel 工作表的第一個單元格中添加一個值，然后向第一列應用 AutoFit 方法。 每行下面的注釋顯示了 C# 3.0 及更早版本的中的等效代碼。

// Add this line to the beginning of the file: // using Excel = Microsoft.Office.Interop.Excel; var excelApp = new Excel.Application(); excelApp.Workbooks.Add(); // excelApp.Workbooks.Add(Type.Missing); excelApp.Visible = true; Excel.Range targetRange = excelApp.Range["A1"]; // Excel.Range targetRange = excelApp.get_Range("A1", Type.Missing); targetRange.Value = "Name"; // targetRange.set_Value(Type.Missing, "Name"); targetRange.Columns[1].AutoFit(); // ((Excel.Range)targetRange.Columns[1, Type.Missing]).AutoFit();

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此示例有趣的地方是，您在代碼中的任何位置都看不到 dynamic 關鍵字。實際上，該關鍵字僅在下面一行中用到：

targetRange.Columns[1].AutoFit(); // ((Excel.Range)targetRange.Columns[1, Type.Missing]).AutoFit();

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在 C# 3.0 版中，targetRange.Columns[1, Type.Missing] 返回 object，這便是需要向 Excel.Range 轉換的原因。 但在 C# 4 和 Visual Studio 2010 中，這樣的調用將以靜默方式轉換為動態(tài)調用。 因此，C# 4 中 targetRange.Columns[1] 的類型實際上是 dynamic。

另一個突出特點是，C# 4 中的 COM 互操作改進不僅限于 dynamic。 由于其他一些新增功能（例如索引屬性以及命名參數(shù)和可選參數(shù)），其他所有行中的代碼也有所改進。 由 Chris Burrows 撰寫的 MSDN 雜志 文章“.NET Framework 4 中的新增 C# 功能”(msdn.microsoft.com/magazine/ff796223) 中對這些新增功能做了很好的概述。

.NET C#

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