C# 好代码学习笔记(1):文件操作、读取文件、Debug/Trace 类、Conditional条件编译、CLS

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1,文件操作

2,Debug、Trace类

3,条件编译

4,MethodImpl 特性

5,CLSComplianAttribute

6,必要时自定义类型别名

最近在阅读 .NET Core Runtime 的源码,参考大佬的代码,学习编写技巧和提高代码水平。学习过程中将学习心得和值得应用到项目中的代码片段记录下来,供日后查阅。

1,文件操作

这段代码在 System.Private.CoreLib 下,对 System.IO.File 中的代码进行精简,供 CLR 使用。

当使用文件时,要提前判断文件路径是否存在,日常项目中要使用到文件的地方应该不少,可以统一一个判断文件是否存在的方法:

        public static bool Exists(string? path)
        {
            try
            {
                // 可以将 string? 改成 string
                if (path == null)
                    return false;
                if (path.Length == 0)
                    return false;

                path = Path.GetFullPath(path);

                // After normalizing, check whether path ends in directory separator.
                // Otherwise, FillAttributeInfo removes it and we may return a false positive.
                // GetFullPath should never return null
                Debug.Assert(path != null, "File.Exists: GetFullPath returned null");
                if (path.Length > 0 && PathInternal.IsDirectorySeparator(path[^1]))
                {
                    return false;
                }

                return InternalExists(path);
            }
            catch (ArgumentException) { }
            catch (NotSupportedException) { } // Security can throw this on ":"
            catch (SecurityException) { }
            catch (IOException) { }
            catch (UnauthorizedAccessException) { }

            return false;
        }

建议项目中对路径进行最终处理的时候,都转换为绝对路径:

Path.GetFullPath(path)

当然,相对路径会被 .NET 正确识别,但是对于运维排查问题和各方面考虑,绝对路径容易定位具体位置和排错。

在编写代码时,使用相对路径,不要写死,提高灵活性;在运行阶段将其转为绝对路径;

上面的 NotSupportedException 等异常是操作文件中可能出现的各种异常情况,对于跨平台应用来说,这些异常可能都是很常见的,提前将其异常类型识别处理,可以优化文件处理逻辑以及便于筛查处理错误。

2,读取文件

这段代码在 System.Private.CoreLib 中。

有个读取文件转换为 byte[] 的方法如下:

        public static byte[] ReadAllBytes(string path)
        {
            // bufferSize == 1 used to avoid unnecessary buffer in FileStream
            using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, bufferSize: 1))
            {
                long fileLength = fs.Length;
                if (fileLength > int.MaxValue)
                    throw new IOException(SR.IO_FileTooLong2GB);

                int index = 0;
                int count = (int)fileLength;
                byte[] bytes = new byte[count];
                while (count > 0)
                {
                    int n = fs.Read(bytes, index, count);
                    if (n == 0)
                        throw Error.GetEndOfFile();
                    index += n;
                    count -= n;
                }
                return bytes;
            }
        }

可以看到 FileStream 的使用,如果单纯是读取文件内容,可以参考里面的代码:

        FileStream fs = new FileStream(path, 
                                       FileMode.Open, 
                                       FileAccess.Read, 
                                       FileShare.Read, 
                                       bufferSize: 1)

上面的代码同样也存在 File.ReadAllBytes 与之对应, File.ReadAllBytes 内部是使用 InternalReadAllBytes 来处理文档读取:

        private static byte[] InternalReadAllBytes(String path, bool checkHost)
        {
            byte[] bytes;
            // 此 FileStream 的构造函数不是 public ,开发者不能使用
            using(FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, 
                FileStream.DefaultBufferSize, FileOptions.None, Path.GetFileName(path), false, false, checkHost)) {
                // Do a blocking read
                int index = 0;
                long fileLength = fs.Length;
                if (fileLength > Int32.MaxValue)
                    throw new IOException(Environment.GetResourceString("IO.IO_FileTooLong2GB"));
                int count = (int) fileLength;
                bytes = new byte[count];
                while(count > 0) {
                    int n = fs.Read(bytes, index, count);
                    if (n == 0)
                        __Error.EndOfFile();
                    index += n;
                    count -= n;
                }
            }
            return bytes;
        }

这段说明我们可以放心使用 File 静态类中的函数,因为里面已经处理好一些逻辑了,并且自动释放文件。

如果我们手动 new FileStream ,则要判断一些情况,以免使用时报错,最好参考一下上面的代码。

.NET 文件流缓存大小默认是 4096 字节:

internal const int DefaultBufferSize = 4096;

这段代码在 File 类中定义,开发者不能设置缓存块的大小,大多数情况下,4k 是最优的块大小。

ReadAllBytes 的文件大小上限是 2 GB。

3,Debug 、Trace类

这两个类的命名空间为 System.Diagnostics,Debug 、Trace 提供一组有助于调试代码的方法和属性。

Debug 中的所有函数都不会在 Release 中有效,并且所有输出流不会在控制台显示,必须注册侦听器才能读取这些流

Debug 可以打印调试信息并使用断言检查逻辑,使代码更可靠,而不会影响发运产品的性能和代码大小

这类输出方法有 Write 、WriteLine 、 WriteIf 和 WriteLineIf 等,这里输出不会直接打印到控制台

如需将调试信息打印到控制台,可以注册侦听器:

ConsoleTraceListener console = new ConsoleTraceListener();
Trace.Listeners.Add(console);

注意, .NET Core 2.x 以上 Debug 没有 Listeners ,因为 Debug 使用的是 Trace 的侦听器。

我们可以给 Trace.Listeners 注册侦听器,这样相对于 Debug 等效设置侦听器。

        Trace.Listeners.Add(new TextWriterTraceListener(Console.Out));
        Debug.WriteLine("aa");

.NET Core 中的监听器都继承了 TraceListener,如 TextWriterTraceListener、ConsoleTraceListener、DefaultTraceListener。

如果需要输出到文件中,可以自行继承 TextWriterTraceListener ,编写文件流输出,也可以使用 DelimitedListTraceListener。

示例:

TraceListener listener = new DelimitedListTraceListener(@"C:\debugfile.txt");

        // Add listener.
        Debug.Listeners.Add(listener);

        // Write and flush.
        Debug.WriteLine("Welcome");

处理上述方法输出控制台,也可以使用

ConsoleTraceListener console=...
...Listeners.Add(console);

// 等效于
var console = new TextWriterTraceListener(Console.Out)

为了格式化输出流,可以使用 一下属性控制排版:

属性说明
AutoFlush获取或设置一个值,通过该值指示每次写入后是否应在 Flush() 上调用 Listeners。
IndentLevel获取或设置缩进级别。
IndentSize获取或设置缩进的空格数。
        // 1.
        Debug.WriteLine("One");

        // Indent and then unindent after writing.
        Debug.Indent();
        Debug.WriteLine("Two");
        Debug.WriteLine("Three");
        Debug.Unindent();

        // End.
        Debug.WriteLine("Four");

        // Sleep.
        System.Threading.Thread.Sleep(10000);
One
    Two
    Three
Four

.Assert() 方法对我们调试程序很有帮助,Assert 向开发人员发送一个强消息。在 IDE 中,断言会中断程序的正常操作,但不会终止应用程序。

.Assert() 的最直观效果是输出程序的断言位置。

        Trace.Listeners.Add(new TextWriterTraceListener(Console.Out));
        int value = -1;
        // A.
        // If value is ever -1, then a dialog will be shown.
        Debug.Assert(value != -1, "Value must never be -1.");

        // B.
        // If you want to only write a line, use WriteLineIf.
        Debug.WriteLineIf(value == -1, "Value is -1.");
---- DEBUG ASSERTION FAILED ----
---- Assert Short Message ----
Value must never be -1.
---- Assert Long Message ----

   at Program.Main(String[] args) in ...Program.cs:line 12

Value is -1.

Debug.Prinf() 也可以输出信息,它跟 C 语言的 printf 函数行为一致,将后跟行结束符的消息写入,默认行终止符为回车符后跟一个换行符。

在 IDE 中运行程序时,使用 Debug.Assert()Trace.Assert() 等方法 ,条件为 false 时,IDE 会断言,这相当于条件断点。

在非 IDE 环境下,程序会输出一些信息,但不会有中断效果。

        Trace.Listeners.Add(new TextWriterTraceListener(Console.Out));
        Trace.Assert(false);
Process terminated. Assertion Failed
   at Program.Main(String[] args) in C:\ConsoleApp4\Program.cs:line 44

个人认为,可以将 Debug、Trace 引入项目中,与日志组件配合使用。Debug、Trace 用于记录程序运行的诊断信息,便于日后排查程序问题;日志用于记录业务过程,数据信息等。

.Assert() 的原理, 在 true 时什么都不做;在 false 时调用 Fail 函数;如果你不注册侦听器的话,默认也没事可做。

.Assert() 唯一可做的事情是等条件为 false 时,执行 Fail 方法,当然我们也可以手动直接调用 Fail 方法,Fail 的代码如下:

public static void Fail(string message) {
            if (UseGlobalLock) {
                lock (critSec) {
                    foreach (TraceListener listener in Listeners) {
                        listener.Fail(message);
                        if (AutoFlush) listener.Flush();
                    }            
                }
            }
            else {
                foreach (TraceListener listener in Listeners) {
                    if (!listener.IsThreadSafe) {
                        lock (listener) {
                            listener.Fail(message);
                            if (AutoFlush) listener.Flush();
                        }
                    }
                    else {
                        listener.Fail(message);
                        if (AutoFlush) listener.Flush();
                    }
                }            
            }
        }        

4,条件编译

#if 条件编译会隐藏非条件(#else if)代码,我们开发中很可能会忽略掉这部分代码,当我们切换条件常量到这部分代码时,很可能因为各种原因导致报错。

如果使用特性进行条件编译标记,在开发过程中就可以留意到这部分代码。

[Conditional("DEBUG")]

例如,当使用修改所有引用-修改一个类成员变量或者静态变量名称时,#if 非条件中的代码不会被修改,因为这部分代码“无效”,而且使用 [Conditional("DEBUG")] 的代码则跟条件无关,会被同步修改。

Conditional 特性标记的方法等,在开发过程中保持有效,当在编译时可能被排除。

代码片段只能使用 #if 了,如果是单个方法,则可以使用 Conditional

5,MethodImpl 特性

此特性在 System.Runtime.CompilerServices 命名空间中,指定如何实现方法的详细信息。

内联函数使用方法可参考 https://www.whuanle.cn/archives/995

MethodImpl 特性可以影响 JIT 编译器的行为。

无法使用 MemberInfo.GetCustomAttributes 来获取此特性的信息,即不能通过获取特性的方法获取跟 MethodImpl 有关的信息(反射),只能调用 MethodInfo.GetMethodImplementationFlags()ConstructorInfo.GetMethodImplementationFlags () 来检索。

MethodImpl 可以在方法以及构造函数上使用。

MethodImplOptions 用于设置编译行为,枚举值可组合使用,其枚举说明如下:

枚举枚举值说明
AggressiveInlining256如可能应将该方法进行内联。
AggressiveOptimization512此方法包含一个热路径,且应进行优化。
ForwardRef16已声明该方法,但在其他位置提供实现。
InternalCall4096该调用为内部调用,也就是说它调用了在公共语言运行时中实现的方法。
NoInlining8该方法不能为内联方法。 内联是一种优化方式,通过该方式将方法调用替换为方法体。
NoOptimization64调试可能的代码生成问题时,该方法不由实时 (JIT) 编译器或本机代码生成优化(请参阅 Ngen.exe)。
PreserveSig128完全按照声明导出方法签名。
Synchronized32该方法一次性只能在一个线程上执行。 静态方法在类型上锁定,而实例方法在实例上锁定。 只有一个线程可在任意实例函数中执行,且只有一个线程可在任意类的静态函数中执行。
Unmanaged4此方法在非托管的代码中实现。

Synchronized 修饰的方法可以避免多线程中的一些问题,但是不建议对公共类型使用锁定实例或类型上的锁定,因为 Synchronized 可以对非自己的代码的公共类型和实例进行锁定。 这可能会导致死锁或其他同步问题。

意思是说,如果共享的成员已经设置了锁,那么不应该再在 Synchronized 方法中使用,这样双重锁定容易导致死锁以及其他问题。

5,CLSCompliantAttribute

指示程序元素是否符合公共语言规范 (CLS)。

CLS规范可参考:

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/language-independence

https://www.ecma-international.org/publications/standards/Ecma-335.htm

全局开启方法:

程序目录下添加一个 AssemblyAttribytes.cs 文件,或者打开 obj 目录,找到 AssemblyAttributes.cs 结尾的文件,如 .NETCoreApp,Version=v3.1.AssemblyAttributes.cs,添加:

using System;	// 这行已经有的话不要加
[assembly: CLSCompliant(true)]

之后就可以在代码中使用 [CLSCompliant(true)] 特性。

局部开启:

也可以放在类等成员上使用:

[assembly: CLSCompliant(true)]

您可以将特性应用于 CLSCompliantAttribute 下列程序元素:程序集、模块、类、结构、枚举、构造函数、方法、属性、字段、事件、接口、委托、参数和返回值。 但是,CLS 遵从性的概念仅适用于程序集、模块、类型和类型的成员

程序编译时默认不会检查代码是否符合 CLS 要求,但是如果你的可以是公开的(代码共享、Nuget 发布等),则建议使用使用 [assembly: CLSCompliant(true)] ,指明你的库符合 CLS 要求。

在团队开发中以及内部共享代码时,高质量的代码尤为重要,所以有必要使用工具检查代码,如 roslyn 静态分析、sonar 扫描等,也可以使用上面的特性,自动使用 CLS 检查。

CLS 部分要求:

  1. 无符号类型不应成为该类的公共接口的一部分(私有成员可以使用),例如 UInt32 这些属于 C# 的类型,但不是 CLS “标准” 中的。

  2. 指针等不安全类型不能与公共成员一起使用,就是公有方法中都不应该使用 unsafe 代码。(私有成员可以使用)。

  3. 类名和成员名不应重名。虽然 C# 中区分大小写,但是 CLS 不建议同名非重载函数,例如 MYTEST 跟 Mytest。

  4. 只能重载属性和方法,不应重载运算符。重载运算符容易导致调用者不知情时出现程序错误,并且重载运算符要排查问题十分困难。

我们可以编译以下代码,尝试使用 CLSCompliant

[assembly: CLSCompliant(true)]
[CLSCompliant(true)]
public class Test
{
    public void MyMethod()
    {
    }
    public void MYMETHOD()
    {
    }
}

IDE 中会警告:warning CS3005: 仅大小写不同的标识符“Test.MYMETHOD()”不符合 CLS,编译时也会提示 Warn。当然,不会阻止编译,也不会影响程序运行。

总之,如果要标记一个程序集 CLS 规范,可以使用 [assembly: CLSCompliant(true)] 特性。

[CLSCompliant(true)] 特性指示这个元素符合 CLS 规范,这时编译器或者 IDE 会检查你的代码,检查是否真的符合规范。

如果偏偏要写不符合规范的代码,则可以使用 [CLSCompliant(false)]

6,必要时自定义类型别名

C# 也可以定义类型别名。

using intbyte = System.Int32;
using intkb = System.Int32;
using intmb = System.Int32;
using intgb = System.Int32;
using inttb = System.Int32;
        byte[] fileByte = File.ReadAllBytes("./666.txt");
        intmb size = fileByte.Length / 1024;

一些情况下,使用别名可以提高代码可读性。真实项目不要使用以上代码,我只是写个示例,这并不是合适的应用场景。

今天学习 Runtime 的代码就到这里为止。

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