在 C# 中生成代码的四种方式——包括.NET 5中的Source Generators

Microsoft在最新的C#版本中引入了Source Generator。这是一项新功能，可以让我们在代码编译时生成源代码。在本文中，我将介绍四种C#中的代码生成方式，以简化我们的日常工作。然后，您可以视情况选择正确的方法。

在 .NET 中，我们有以下几种方法来帮助我们生成代码：

• Code snippets.
• Reflection.
• T4 Template.
• [New] Source Generators in .NET 5.

应该还有更多，但本文将主要覆盖这四种方式。您可以参考我发布在GitHub上的demo: https://github.com/yanxiaodi/MyCodeSamples/tree/main/CodeGeneratorDemo. 让我们开始吧！

Code snippets

Code snippets 是可重用的代码块，可以使用热键组合将其插入我们的代码文件中。例如，如果在Visual Studio中键入prop然后按Tab，VS将在您的类中自动生成一个属性，然后您可以轻松地替换属性名称。VS已经为我们提供了大量的内置的代码片段，如prop，if，while，for，try，您可以在这里找到所有的默认代码片段列表：C# Code Snippets^[1]。

Code snippets 的好处是您可以替换参数。例如，当我们将MVVM模式用于UWP / Xamarin / WPF应用程序时，经常需要在实现INotifyPropertyChanged^[2]接口的类中创建属性。如果您使用MvvmCross框架，它可能看起来像这样：

private ObservableCollection<Comment> _commentList;
public ObservableCollection<Comment> CommentList
{
     get => _commentList;
     set => SetProperty(ref _commentList, value);
}

我们不想复制/粘贴然后更改变量名，所以我创建了一个 Code snippet 来简化工作。创建一个名为myMvvm.snippet的新文件，然后复制并粘贴以下代码：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<CodeSnippets xmlns="http://schemas.microsoft.com/VisualStudio/2005/CodeSnippet">
  <CodeSnippet Format="1.0.0">
    <Header>
      <SnippetTypes>
        <SnippetType>Expansion</SnippetType>
      </SnippetTypes>
      <Title>MvvmCross property</Title>
      <Author>Xiaodi Yan</Author>
      <Shortcut>mvxprop</Shortcut>
      <Description>
        A property in a ViewModel in the Xamarin project with MvvmCross.
      </Description>
    </Header>
    <Snippet>
      <Declarations>
        <Literal>
          <ID>Property</ID>
          <ToolTip>Property name</ToolTip>
          <Default>Property</Default>
        </Literal>
        <Object>
          <ID>type</ID>
          <ToolTip>Property type</ToolTip>
          <Default>string</Default>
        </Object>
        <Literal>
          <ID>pProperty</ID>
          <ToolTip>Private property name</ToolTip>
          <Default>property</Default>
        </Literal>
      </Declarations>
      <Code Language="csharp">
        <![CDATA[#region $Property$;
  private $type$ _$pProperty$;
        public $type$ $Property$
        {
            get => _$pProperty$;
            set => SetProperty(ref _$pProperty$, value);
        }
  #endregion]]>
      </Code>
    </Snippet>
  </CodeSnippet>
</CodeSnippets>    

在此 Code snippet 中，我们使用<Shortcut>指定快捷方式mvxprop，并使用<Declarations>声明一些参数。例如，我们声明了一个名为的参数Property，然后使用$Property将其插入到代码段中。您可以通过VS Tools 菜单中的Code Snippets Manager导入此 Code snippet（或按Ctrl + K，Ctrl + B）。

现在，您可以键入mvxprop并按Tab，VS可以为您创建属性-您只需手动替换属性名称即可。

更多信息请参考：

• Walkthrough: Create a code snippet
• Code snippet functions
• How to: Distribute code snippets

Code snippets 适合重复使用以插入整个类或方法或属性。您还可以将 Code snippets 分发给其他用户。当我们创建新文件或 Class 或 Method 时，这很有用。但是，如果要在完成后更新生成的代码，则必须删除现有代码，然后重新创建它。基本上，它可以节省无聊的复制/粘贴时间，但仅此而已。

Reflection

Reflection（反射）广泛用于许多.NET框架和库中，例如ASP.NET Core^[6]，Entity Framework Core^[7]等。它可以提供类型的^[8]对象，该对象描述程序集，模块和类型，以便您可以动态创建类型的实例，从现有对象获取类型，然后调用其方法或访问其字段和属性。

当我们构建.NET应用程序时，它将生成程序集-例如.dll文件。这些程序集包含我们的模块，其中包含某些类型。类型包含成员。Reflection 能够获取这些信息。因此，我们可以动态加载新的.dll文件并调用它们的方法或事件，而无需编辑代码。动态表示它可以在运行时运行。换句话说，当我们编译应用程序时，.NET应用程序直到运行时才知道我们需要使用什么类型。通过这种方式，我们可以创建一个客户端，该客户端可以根据我们的规则动态执行其他程序集中的方法。如果我们遵循该规则更新其他程序集中的类，则不需要更新客户端代码。

让我们查看以下示例。您可以在我的示例项目中找到它。我们在CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core项目中有一个ISpeaker接口，如下所示：

namespace CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core
{
    public interface ISpeaker
    {
        string SayHello();
    }
}

创建两个实现类：

ChineseSpeaker:

namespace CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core
{
    public class ChineseSpeaker : ISpeaker
    {
        public string Name => this.GetType().ToString();

        public string SayHello()
        {
            return "Nihao";
        }
    }
}

以及 EnglishSpeaker:

namespace CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core
{
    public class EnglishSpeaker : ISpeaker
    {
        public string Name => this.GetType().ToString();
        
        public string SayHello()
        {
            return "Hello!";
        }
    }
}

现在，我们可以使用 Reflection 来查找ISpeaker接口的所有实现，并调用其方法或属性。

在CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo项目中创建一个名为ReflectionHelper的新文件：

using CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Reflection;

namespace CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo
{
    public class ReflectionHelper
    {
        public static List<Type> GetAvailableSpeakers()
        {
            // You can also use AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies() to load all assemblies in the current domain.
            // Get the specified assembly.
            var assembly =
                Assembly.LoadFrom(Path.Combine(Directory.GetCurrentDirectory(), "CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core.dll"));
            // Find all the types in the assembly.
            var types = assembly.GetTypes();
            // Apply the filter to find the implementations of ISayHello interface.
            var result = types.Where(x => x.IsClass && typeof(ISpeaker).IsAssignableFrom(x)).ToList();
            // Or you can use types.Where(x => x.IsClass && x.GetInterfaces().Contains(typeof(ISpeaker))).ToList();
            return result;
        }
    }
}

在此类中，我们加载包含所需类型的指定dll文件。然后，我们可以使用 Reflection 并应用LINQ查询来找到所有ISpeaker接口的实现。

在CodeGeneratorDemo.Client项目中，我们可以输出每个Speaker的Name属性和调用SayHello方法：

private static void ReflectionSample()
{
    Console.WriteLine("Here is the Reflection sample:");
    // Find all the speakers in the current domain
    var availableSpeakers = ReflectionHelper.GetAvailableSpeakers();
    foreach (var availableSpeaker in availableSpeakers)
    {
        // Create the instance of the type
        var speaker = Activator.CreateInstance(availableSpeaker);
        // Get the property info of the given property name
        PropertyInfo namePropertyInfo = availableSpeaker.GetProperty("Name");
        // Then you can get the value of the property
        var name = namePropertyInfo?.GetValue(speaker)?.ToString();
        Console.WriteLine($"I am {name}");
        // Invoke the method of the instance
        Console.WriteLine(availableSpeaker.InvokeMember("SayHello", BindingFlags.InvokeMethod, null, speaker, null));
    }

    Console.WriteLine();
}

运行该程序，您将看到以下输出：

Here is the Reflection sample:
I am CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core.ChineseSpeaker
Nihao
I am CodeGeneratorDemo.ReflectionDemo.Core.EnglishSpeaker
Hello!

如果我们需要添加其他语言的其他Speaker，只需在同一项目中添加实现类。.NET Reflection 可以自动找出所有必需的类并正确调用方法。

当我们创建插件类型的应用程序时，它非常有用。首先，我们创建接口并通过反射从客户端调用方法。然后，我们可以在客户端界面之后创建插件，这些插件可以作为* .dll文件动态加载并执行。

另一种情况是框架开发。作为框架开发人员，您将无法知道用户将创建哪些实现，因此只能使用 Reflection 来创建这些实例。例如在某些MVVM框架中，如果按照约定创建类，如xxxViewModel，该框架可以找到所有 ViewModel 并使用 Reflection 自动加载它们。

通常，当人们谈论反射时，主要关注的是性能。因为它在运行时运行，所以从理论上讲，它比普通应用程序要慢一点。但是它在许多情况下都非常灵活，尤其是在开发框架的情况下。如果可以接受程序花费几秒钟（或仅几百毫秒）来加载程序集，则使用Reflection是没有问题的。

使用Reflection的所需的主要名称空间是System.Reflection^[9]和System.Type^[10]。您可能还需要了解以下术语：

• Assembly^[11]
• Module^[12]
• ConstructorInfo^[13]
• MethodInfo^[14]
• FieldInfo^[15]
• EventInfo^[16]
• PropertyInfo^[17]
• ParameterInfo^[18]
• CustomAttributeData^[19]

更多信息请参考以下文档：

• Reflection in .NET^[20]
• Viewing Type Information^[21]
• Dynamically Loading and Using Types^[22]

T4 Template

T4 Text Template是文本块和可以生成文本文件的控制逻辑的混合体。T4表示text template transformation。您可以使用它在Visual Studio 中为 C# 和 Visual Basic 生成文件。但是生成的文件本身可以是任何类型的文本，例如* .txt文件，HTML文件或任何语言的程序源代码。您可以使用C#代码（或VB）来控制模板中的逻辑。几年前，我曾经使用NuGet包（EntityFramework Reverse POCO Generator）为EntityFramework生成POCO模型。它由T4 Template 实现。我只需要更新T4 Template 中的数据库连接字符串并保存它，然后T4 Template 就可以读取数据库信息并自动创建所有模型和方法。

T4 Template 有两种：运行时和设计时。区别在于，运行时T4 Template在应用程序中执行以生成文本字符串。它将创建一个包含TransformText()方法的 .cs类。即使目标计算机未安装Visual Studio，也可以调用此方法来生成字符串。与此不同的是，对设计时T4 Template来说，当您在Visual Studio中保存模板时，会生成原始源代码或文本文件。如果要使用运行时T4 Template，则需要将文件的Custom Tool 属性设置为TextTemplatingFilePreprocessor。对于设计时T4 Template，Custom Tool属性应设置为TextTemplatingFileGenerator。

您可以在CodeGeneratorDemo.T4TemplateDemo项目中找到示例，包含两个T4 Template：RunTimeTextTemplateDemo.tt和DesignTimeTextTemplateDemo.tt。

运行时 T4 Template

要正确生成项目，您需要安装System.CodeDom NuGet软件包。打开RunTimeTextTemplateDemo.tt文件，对HTML代码进行一些更改，然后将其保存。您将看到T4 Template 自动更新生成的文件RunTimeTextTemplateDemo.cs。其中包含一个可以在客户端代码中调用的TransformText()方法。

<#@ template language="C#" #>
<#@ assembly name="System.Core" #>
<#@ import namespace="System.Linq" #>
<#@ import namespace="System.Text" #>
<#@ import namespace="System.Collections.Generic" #>
<html><body>
<h1>Sales for Previous Month</h2>
<table>
    <# for (int i = 1; i <= 10; i++)
       { #>
         <tr><td>Test name <#= i #> </td>
             <td>Test value <#= i * i #> </td> </tr>
    <# } #>
 </table>
This report is Company Confidential.
</body></html>

每次保存模板时，它将更新生成的文件。在客户端代码中，我们可以这样调用：

var page = new RunTimeTextTemplateDemo();
Console.WriteLine(page.TransformText());

您将在控制台中看到生成的HTML代码。

设计时 T4 Template

设计时模板只能在开发程序时在Visual Studio中使用。它会生成原始文本文件-可以是.cs，.html或.txt或其他任意格式的文本文件。通常，您将需要定义一个model，可以是文本文件（XML或JSON或csv或其他）或数据库，然后模板从模型中读取数据并生成一些源代码。

这是一个例子：

<#@ template debug="false" hostspecific="true" language="C#" #>
<#@ assembly name="System.Core" #>
<#@ import namespace="System.Linq" #>
<#@ import namespace="System.Text" #>
<#@ import namespace="System.Collections.Generic" #>
<#@ import namespace="System.IO" #>
<#@ output extension=".cs" #>

using System;
using System.Threading.Tasks;

namespace CodeGeneratorDemo.T4TemplateDemo.DesignTimeTextTemplateDemo
{
<# 
    var models = new List<string>();
    // You can read the data from any source you have.
    string path = Path.Combine(Path.GetDirectoryName(this.Host.TemplateFile), "dataSource.txt");
    if(File.Exists(path))
    {
        models = File.ReadAllText(path).Split(',').ToList();
    }
    foreach (var model in models)
    {
        #>
    public partial class <#=model#>
    {
        public Guid Id { get; set; }
        public <#=model#>(Guid id)
        {
            Id = id;
        }
    }

    public partial class <#=model#>Service
    {
        public Task<<#=model#>> Get<#=model#>(Guid id)
        {
            return Task.FromResult(new <#=model#>(id));
        }
    }
<#
    }
#>
}

保存模板时，T4 Template 可以为每个类生成模型和服务。

如何创建T4 Template

从上面的示例中可以看到，T4 Template由以下部分组成：

• 指令-控制模板处理方式的元素。
• 文本块-直接复制到输出的原始文本。
• 控制块-将变量值插入文本中并控制文本的有条件或重复部分的程序代码。

例如，您可以使用以下指令指定输出文件格式：

<#@ output extension=".txt" #>

您也可以使用C#代码控制逻辑。例如，检查以下代码：

<#
    for(int i = 0; i < 4; i++)
    {
#>
Hello!
<#
    }
#>

它将输出Hello四次。在此示例中，Hello是一个文本块，而该for语句只是C#代码。

要使用变量，可以使用表达式控制块。只需使用<#= ... #>输出变量，如下所示：

<#
    string message = "Hello";
    for(int i = 0; i < 4; i++)
    {
#>
  <#=message#>
<#
    }
#>

它将输出Hello四次。

T4模板的强大功能是，您可以导入程序集并使用所需的大多数.NET库，例如：

<#@ assembly name="System.Core" #>
<#@ import namespace="System.Linq" #>
<#@ import namespace="System.Text" #>
<#@ import namespace="System.Collections.Generic" #>
<#@ import namespace="System.IO" #>

请注意，您需要将它们放置在原始文本和控制块之前。您甚至可以在控制块中使用反射。有了这些功能，我们可以为某些情况编写非常有用的模板。

调试 T4 Template

像普通的C#程序一样，我们可以通过设置断点来调试T4 Template。要调试设计时T4 Template，请右键单击该模板，然后从Solution Explorer中的文件菜单中选择Debug T4 template。要调试运行时T4 Template，只需调试项目，因为它会在程序编译时运行。

T4 Template 编辑器

默认情况下，Visual Studio不支持语法着色和智能感知等。幸运的是，我们有一些VS扩展来提高工作效率，例如DevArt T4 Editor^[23]。您可以在VS扩展市场中搜索T4 Template，您将找到更多。

我们不会在本文中介绍T4模板的所有详细信息。有关更多信息，请阅读以下文档：

• Code Generation and T4 Text Templates^[24]
• Walkthrough: Generate Code by using Text Templates^[25]
• Run-Time Text Generation with T4 Text Templates^[26]
• T4 Text Template Directives^[27]
• Text Template Control Blocks^[28]
• Guidelines for Writing T4 Text Templates^[29]

Source Generators in .NET 5

要开始使用Source Generators，您需要安装最新的.NET 5 SDK^[30]。

什么是 Source Generator？它是如何工作的？

根据微软的定义：

A Source Generator is a piece of code that runs during compilation and can inspect your program to produce additional files that are compiled together with the rest of your code.

让我们回顾一下Reflection的工作原理。如前所述，在构建应用程序时，Reflection代码直到应用程序运行时才知道它将使用什么类型。这就是为什么人们抱怨Reflection的性能。如果在应用启动时要加载很多程序集，则可能会对性能产生轻微的影响。这个问题很难解决，因为这是Reflection的弊端-您可以从开发中受益，但是您必须接受它的缺点。

Source Generators可用于解决性能问题-至少，提高性能是其重要目标之一。Source Generators可以分析当前源代码，并在代码编译过程中生成一些将与当前源代码一起编译的代码-换句话说，当应用程序完成编译时，它已经完全知道它将使用哪种类型。这是改进的关键。

这是Microsoft提供的的Source Generators的示意图：

我们需要知道的一件事是，源生成器只能向代码中添加内容，而不能更改任何现有代码。让我们来看一个例子。

第一个 Source Generator 实例

Source Generate 需要实现 Microsoft.CodeAnalysis.ISourceGenerator接口：

namespace Microsoft.CodeAnalysis
{
    public interface ISourceGenerator
    {
        void Initialize(GeneratorInitializationContext context);
        void Execute(GeneratorExecutionContext context);
    }
}

创建一个名为CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo的新.NET Standard 2.0 Class项目。安装以下两个NuGet软件包：

• Microsoft.CodeAnalysis.CSharp v3.8+
• Microsoft.CodeAnalysis.Analyzers v3.3+

我们还需要将语言版本指定为preview：

<PropertyGroup>
  <TargetFramework>netstandard2.0</TargetFramework>
  <LangVersion>preview</LangVersion>
</PropertyGroup>

从技术上讲，源生成器还不是C#的正式功能，现在仍在预览中。因此，我们需要明确指定preview版本。

然后在项目中创建一个SpeakersSourceGenerator.cs文件。更新内容，如下所示：

using Microsoft.CodeAnalysis;
using Microsoft.CodeAnalysis.CSharp.Syntax;
using Microsoft.CodeAnalysis.Text;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo
{
    [Generator]
    public class SpeakersSourceGenerator : ISourceGenerator
    {
        public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
        {
            // Not needed for this sample
        }

        public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
        {
            // begin creating the source we'll inject into the users compilation
            var sourceBuilder = new StringBuilder(@"
using System;
namespace CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo
{
    public static class SpeakerHelper
    {
        public static void SayHello() 
        {
            Console.WriteLine(""Hello from generated code!"");
");
            sourceBuilder.Append(@"
        }
    }
}");
            // inject the created source into the users compilation
            context.AddSource("speakersSourceGenerator", SourceText.From(sourceBuilder.ToString(), Encoding.UTF8));
        }
    }
}

该SpeakersSourceGenerator类实现了ISourceGenerator接口，并具有Generator属性。程序编译时，它将找到Source Generators并生成我们需要的代码。在此示例中，我仅创建了一个名为SpeakerHelper的类，包含一个SayHello()方法。如果我们正确生成了代码，它将在控制台中输出消息。

接下来，将引用添加到CodeGeneratorDemo.Client项目。请注意，您需要像这样更新项目文件：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net5.0</TargetFramework>
    <LangVersion>preview</LangVersion>
  </PropertyGroup>

  <ItemGroup>
    <ProjectReference Include="..\CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo\CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.csproj" 
                      OutputItemType="Analyzer"
                      ReferenceOutputAssembly="false"/>
  </ItemGroup>
</Project>

您还需要指定语言版本。另外，由于我们没有将项目引用为普通的dll文件，因此我们需要更新OutputItemType和ReferenceOutputAssembly的值，如上所示。

在客户端代码中添加代码：

private static void SourceGeneratorSample()
{
    CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.SpeakerHelper.SayHello();
}

您可能会看到VS报错，找不到CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.SpeakerHelper，因为我们的代码中还没有这个类。Source Generators的工具仍在预览中，因此我们需要构建CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo项目并关闭VS，然后重新启动它。然后，您会发现VS可以支持智能感知了。当我们构建它时，Source Generators实际上会生成SpeakerHelper类。现在运行客户端应用程序，我们可以看到输出，来自生成的代码：

Hello from generated code!

因此，这个过程是，当我们构建项目时，将调用Source Generators来生成一些可以与原始源代码一起编译的代码。这样，就不会出现性能问题，因为它发生在编译中。当应用程序启动时，生成的代码已与其他源代码一起编译。

根据我的经验，有时VS无法识别生成的方法或类，只要构建正确运行即可。

如果在客户端代码中按一下F12以检查SayHello()方法，您将看到生成的文件，该文件显示此文件无法编辑：

您可能很好奇文件在哪里。如果要查看实际生成的文件，可以将以下部分添加到CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo项目和CodeGeneratorDemo.Client项目中：

<EmitCompilerGeneratedFiles>true</EmitCompilerGeneratedFiles>
<CompilerGeneratedFilesOutputPath>$(BaseIntermediateOutputPath)\GeneratedFiles</CompilerGeneratedFilesOutputPath>

然后，您可以在obj/GeneratedFiles文件夹中找到该文件。如果未指定CompilerGeneratedFilesOutputPath属性，则该属性应位于obj/SourceGeneratorFiles文件夹中。

这只是一个非常简单的示例，展示了如何在运行时之前生成代码。接下来，让我们看另一个更复杂的示例。

在编译时生成Attribute

考虑以下场景：当我们使用依赖注入时，通常我们需要手动注册实例。对于此演示，我将创建一个Attribute^[31]来装饰需要注册的类。我们可以使用Reflection来检索这些属性以找到特定的类，但是操作可能很昂贵。使用Source Generators，我们可以在编译时生成代码，以在运行时之前对其进行注册。

创建一个新类AutoRegisterSourceGenerator，如下所示：

[Generator]
public class AutoRegisterSourceGenerator : ISourceGenerator
{
    public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
    {
        // TODO
    }

    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
         // TODO
    }
}

接下来，让我们创建Attribute。我们可以创建一个实际的类，但是为了进行演示，我将使用Source Generator生成它。将以下代码添加到AutoRegisterSourceGenerator：

private const string AttributeText = @"
using System;
namespace CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo
{
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Class, Inherited = false, AllowMultiple = false)]
    sealed class AutoRegisterAttribute : Attribute
    {
        public AutoRegisterAttribute()
        {
        }
    }
}";

这只是一个字符串。接下来，更新Execute方法以将字符串添加到源代码中：

public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
{
    context.AddSource("AutoRegisterAttribute", SourceText.From(AttributeText, Encoding.UTF8));
}

当我们构建项目时，它将生成AutoRegisterAttribute。

下一步是创建一些接口：

namespace CodeGeneratorDemo.Client.Core
{
    public interface IOrderService
    {
    }
    public interface IProductService
    {
    }
}

还有一些实现类，例如OrderService和ProductService，由AutoRegister属性装饰：

using System;
using CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo;

namespace CodeGeneratorDemo.Client.Core
{
    [AutoRegister]
    public class OrderService : IOrderService
    {
        public OrderService()
        {
            Console.WriteLine($"{this.GetType()} constructed.");
        }
    }
    
    [AutoRegister]
    public class ProductService : IProductService
    {
        public ProductService()
        {
            Console.WriteLine($"{this.GetType()} constructed.");
        }
    }
}

目前，我们的代码中没有AutoRegister。因此，您将看到VS报错。没关系，因为稍后Source Generator会生成它。

我们将调用另一个类DiContainerMocker来模拟DI容器：

using System;
namespace CodeGeneratorDemo.Client.Core
{
    public static class DiContainerMocker
    {
        public static void RegisterService<TInterface, TImplementation>(TImplementation service)
        {
            Console.WriteLine($"{service.GetType()} has been registered for {typeof(TInterface)}.");
        }
    }
}

Source Generators依赖于Roslyn^[32]。它可以检查要编译的数据。我们可以使用称为SyntaxReceivers的对象来访问SyntaxTrees，然后根据这些信息进行迭代其中的SyntaxNodes，然后生成代码。

创建一个名为MySyntaxReceiver的新类，该类实现了ISyntaxReceiver接口：

public class MySyntaxReceiver : ISyntaxReceiver
{
    public List<ClassDeclarationSyntax> CandidateClasses { get; } = new List<ClassDeclarationSyntax>();

    /// <summary>
    /// Called for every syntax node in the compilation, we can inspect the nodes and save any information useful for generation
    /// </summary>
    public void OnVisitSyntaxNode(SyntaxNode syntaxNode)
    {
        // any method with at least one attribute is a candidate for property generation
        if (syntaxNode is ClassDeclarationSyntax classDeclarationSyntax
            && classDeclarationSyntax.AttributeLists.Count >= 0)
        {
            CandidateClasses.Add(classDeclarationSyntax);
        }
    }
}

在这个类中，我们将检查每个SyntaxNode。如果它是一个Class并且具有Attribute，那么我们将其添加到列表中。

接下来，我们需要在Source Generator的Initialize方法中注册MySyntaxReceiver：

public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
{
    context.RegisterForSyntaxNotifications(() => new MySyntaxReceiver());
}

现在来完成我们的Source Generator。我的想法是，我们将依次检查每个SyntaxNode，如果它是一个Class并具有AutoRegister属性那么就生成注册代码。通过以下代码更新Execute方法：

        public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
        {
            context.AddSource("AutoRegisterAttribute", SourceText.From(AttributeText, Encoding.UTF8));
            if (!(context.SyntaxReceiver is MySyntaxReceiver receiver))
            {
                return;
            }
            CSharpParseOptions options = (context.Compilation as CSharpCompilation).SyntaxTrees[0].Options as CSharpParseOptions;
            SyntaxTree attributeSyntaxTree =
                CSharpSyntaxTree.ParseText(SourceText.From(AttributeText, Encoding.UTF8), options);
            Compilation compilation = context.Compilation.AddSyntaxTrees(attributeSyntaxTree);
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            stringBuilder.Append(@"
using System;
using CodeGeneratorDemo.Client.Core;
namespace CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo
{
    public class RegisterHelper
    {
        public static void RegisterServices()
        {
");
            // Get all the classes with the AutoRegisterAttribute
            INamedTypeSymbol attributeSymbol =
 compilation.GetTypeByMetadataName("CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.AutoRegisterAttribute");
            foreach (var candidateClass in receiver.CandidateClasses)
            {
                SemanticModel model = compilation.GetSemanticModel(candidateClass.SyntaxTree);
                if (model.GetDeclaredSymbol(candidateClass) is ITypeSymbol typeSymbol &&
                    typeSymbol.GetAttributes().Any(x =>
                        x.AttributeClass.Equals(attributeSymbol, SymbolEqualityComparer.Default)))
                {
                    stringBuilder.Append($@"
            DiContainerMocker.RegisterService<I{candidateClass.Identifier.Text}, {candidateClass.Identifier.Text}>(new {candidateClass.Identifier.Text}());");
                }
            }
            stringBuilder.Append(@"
        }
    }
}");
            context.AddSource("RegisterServiceHelper", SourceText.From(stringBuilder.ToString(), Encoding.UTF8));
        }
    }

如果您不熟悉Roslyn，则这个方法可能看起来有点复杂。它使用Roslyn API来获取类的元数据-与Reflection类似。您可以检查文档以获取更多信息：

• Work with syntax^[33]
• Work with semantics^[34]
• Explore code with the Roslyn syntax visualizer in Visual Studio^[35]

为了更好地检查项目中的语法树，您可以从Visual Studio Installer安装**.NET Compiler Platform SDK**，该工具为VS2019提供SyntaxVisualizer窗口。

一旦找到由AutoRegister属性修饰的类，就可以将注册实例的代码添加到源代码中。生成的代码将与原始代码一起编译。通过这种方式，我们避免了Reflection的昂贵成本并提高了性能。

最后，我们可以在客户端中调用生成的代码：

private static void SourceGeneratorSample()
{
    Console.WriteLine("Here is the simple Source Generator sample:");
    CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.SpeakerHelper.SayHello();
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine("Here is the AutoRegisterAttribute Source Generator sample:");
    CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.RegisterHelper.RegisterServices();
}

您需要编译CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo项目，重新打开VS2019。然后您可以看到如下输出：

Here is the AutoRegisterAttribute Source Generator sample:
CodeGeneratorDemo.Client.Core.OrderService constructed.
CodeGeneratorDemo.Client.Core.OrderService has been registered for CodeGeneratorDemo.Client.Core.IOrderService.
CodeGeneratorDemo.Client.Core.ProductService constructed.
CodeGeneratorDemo.Client.Core.ProductService has been registered for CodeGeneratorDemo.Client.Core.IProductService.

如果您在RegisterServices()方法上按F12检查它的定义，可以发现生成的代码如下：

using System;
using CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo.Core;
namespace CodeGeneratorDemo.SourceGeneratorDemo
{
    public class RegisterHelper
    {
        public static void RegisterServices()
        {
            DiContainerMocker.RegisterService<IProductService, ProductService>(new ProductService());
            DiContainerMocker.RegisterService<IOrderService, OrderService>(new OrderService());
        }
    }
}

这正是我们想要的。

很棒的事情是，如果在某个Sevice上删除或添加了AutoRegister Attribute，您将看到生成的代码将立即更新，无需重新编译项目！

如何调试 Source Generators

有时，我们需要调试Source Generators。如果仅在Source Generator中设置一个断点，您将发现它将无法工作。解决方案是在Initialize方法中附加调试器：

        public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
        {
#if DEBUG
            if (!Debugger.IsAttached)
            {
                Debugger.Launch();
            }
#endif
            context.RegisterForSyntaxNotifications(() => new MySyntaxReceiver());
        }

然后，您可以通过设置断点来调试Source Generator。

如何处理复杂的模板代码？

在这两个示例中，我演示了如何使用Source Generators生成代码。我们在Execute方法中使用了原始字符串——看起来很丑。更好的方法是使用模板引擎。一种可能的选择是Scriban^[36]——一种用于.NET的快速，强大，安全和轻量级的脚本语言和引擎。因此，我们可以将模板存储在单独的文件中，这样项目会比较整洁。我不会深入探讨模板语法，因为它不在本文讨论范围之内。您可以在其GitHub存储库中找到更多信息。

使用场景

Microsoft提供了一个Source Generators cookbook。您可以在GitHub上找到它：https://github.com/dotnet/roslyn/blob/master/docs/features/source-generators.cookbook.md。您将看到Source Generators可以在许多情况下应用，尤其是替换Reflection或开发样板代码时。例如，某些JSON序列化经常使用动态分析，例如使用Reflection在运行时检查类型。源代码生成器可以在编译时生成静态序列化代码，以节省成本。您还可以访问其他文件（例如XML或JSON文件）来生成代码。

在GitHub上查找更多示例：https://github.com/dotnet/roslyn-sdk/tree/master/samples/CSharp/SourceGenerators。

小结

在本文中，我向您介绍了可用于在C#程序中生成代码的四种方式。它们可能适合不同的场景，因此我们需要比较每种方法并选择适当的方式。

	场景	优点	缺点
Code Snippets	以特定格式创建代码块，例如属性，方法和类等。	节省键入重复代码块的时间。	仅适用于特定格式。无法自动更新。
Reflection	在运行时获取元数据，然后与类，属性，方法等进行交互。	在许多情况下功能强大且灵活。可以减少耦合。	昂贵的成本。潜在的性能问题。维护更复杂。
T4 Template	用于生成一些样板代码。但是有时可以通过设计模式对其进行重构。	可以从其他文件读取数据。许多可用的控制块。可以生成静态代码而不会出现性能问题。	糟糕的编辑器支持。容易在模板中犯错误。
Source Generators	可用于替换一些Reflection代码。在基于Roslyn的编译中生成静态代码。	没有性能问题。编译速度更快。支持智能感知。无法生成源代码时可以产生诊断信息。支持Partial Class或Partial Method。	工具需要改进。有点难以上手。

本文的重点是如何使用Source Generators-.NET 5中提供的新功能。它仍处于预览状态，因此我们可能很快会看到Microsoft的更多改进。我的期望是与VS2019更好地集成。现在的体验还不够好，因为我们必须反复重新打开VS。希望本文能帮助您节省C＃开发的时间。如果您有任何想法，请随时发表您的评论。谢谢。

参考资料

C# Code Snippets: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/ide/visual-csharp-code-snippets?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[2]

INotifyPropertyChanged: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.componentmodel.inotifypropertychanged?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[3]

Walkthrough: Create a code snippet: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/ide/walkthrough-creating-a-code-snippet?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[4]

Code snippet functions: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/ide/code-snippet-functions?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[5]

How to: Distribute code snippets: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/ide/how-to-distribute-code-snippets?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[6]

ASP.NET Core: https://docs.microsoft.com/en-us/aspnet/core/?view=aspnetcore-5.0&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[7]

Entity Framework Core: https://docs.microsoft.com/en-us/ef/core/?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[8]

类型的: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.type?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[9]

System.Reflection: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[10]

System.Type: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.type?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[11]

Assembly: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.assembly?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[12]

Module: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.module?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[13]

ConstructorInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.constructorinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[14]

MethodInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.methodinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[15]

FieldInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.fieldinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[16]

EventInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.eventinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[17]

PropertyInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.propertyinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[18]

ParameterInfo: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.parameterinfo?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[19]

CustomAttributeData: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.customattributedata?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[20]

Reflection in .NET: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/reflection-and-codedom/reflection?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[21]

Viewing Type Information: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/reflection-and-codedom/viewing-type-information?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[22]

Dynamically Loading and Using Types: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/reflection-and-codedom/dynamically-loading-and-using-types?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[23]

DevArt T4 Editor: https://www.devart.com/t4-editor/[24]

Code Generation and T4 Text Templates: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/code-generation-and-t4-text-templates?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[25]

Walkthrough: Generate Code by using Text Templates: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/walkthrough-generating-code-by-using-text-templates?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[26]

Run-Time Text Generation with T4 Text Templates: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/run-time-text-generation-with-t4-text-templates?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[27]

T4 Text Template Directives: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/t4-text-template-directives?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[28]

Text Template Control Blocks: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/text-template-control-blocks?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[29]

Guidelines for Writing T4 Text Templates: https://docs.microsoft.com/en-us/visualstudio/modeling/guidelines-for-writing-t4-text-templates?view=vs-2019&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[30]

.NET 5 SDK: https://dotnet.microsoft.com/download/dotnet/5.0[31]

Attribute: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/attributes/?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[32]

Roslyn: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/roslyn-sdk/?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[33]

Work with syntax: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/roslyn-sdk/work-with-syntax?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[34]

Work with semantics: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/roslyn-sdk/work-with-semantics?WT.mc_id=DT-MVP-5001643[35]

Explore code with the Roslyn syntax visualizer in Visual Studio: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/roslyn-sdk/syntax-visualizer?tabs=csharp&WT.mc_id=DT-MVP-5001643[36]

Scriban: https://github.com/scriban/scriban