100行CSharp代码利用dynamic写个DSL(特定领域语言)

最近看CLR via C#(第4版)
读到第五章末尾dynamic基元类型时,看了下作者的一个利用dynamic动态调用string类型的Contains方法(静态方法)的实现,突然发现这个不就是Ruby的method missing么!虽然当时已经夜深,仍忍不住起来试试,写了个利用Dynamic构建Xml的小Demo,非常有趣。于是有了本文。

所以,我当时想处理什么问题呢?

Ruby的method missing机制,会ruby,用过ror框架(Ruby on Rails)的肯定见识过。
RoR框架中的数据层,可以仅从方法名称中就可以推导出所需的sql查询条件(这个方法甚至没有定义过!)。在没有任何方法实现的情况下,由ruby提供机制以在运行时处理当我找不到那个方法时,我应该做点什么?,即method missing,在其中仅通过解析方法名,就可以构造sql语句并返回正确的查询结果。
忘了是几年前,当时应该ruby才1.9版左右,看到这个特性,感觉特别惊艳。

而,CSharp在拥有dynamic后,也可以做到类似的事情,处理sql可能略繁琐,这里以构建Xml为例。

我想要的效果是,让类似以下的代码(控制台项目)能运行,并且返回一个Xml结构:

var xmlWrapper = 
(某个dynamic对象)
.A
    .B
        .C
            .D
                .E;//ABCDE可以是任何字符串,当然没有任何预先的方法或者属性定义

期望的结果是:

<root>
<A>
    <B>
        <C>
            <D>
                <E />
            </D>
        </C>
    </B>
</A>
</root>

这个好处是什么呢?构建Xml的时候,将多余字符减少到最少!恩,程序员都是懒人。

Step1 首先我们需要一个dynamic

上面的变量名xmlWrapper揭示了,我们需要一个Wrapper,这个Wrapper提供了dynamic的运行时绑定机制。
而且,我们观察一下期望的代码书写方式(某个dynamic对象).A.B.C而非.A().B().C(),所以我们要针对动态调用属性进行处理。
给Wrapper起个名字叫XmlDynamicConstructor,于是我们先有最初的版本:

public sealed class XmlDynamicConstructor : DynamicObject
{
    public XElement Element { get; }
   
    public XmlDynamicConstructor(XElement element)
    {
        //初始化时构建一个XElement对象,如上面期望结果中的root节点
        Element = element;
    }

    public override bool TryGetMember(GetMemberBinder binder, out object result)
    {
        var name = binder.Name;//获取调用时的名称,如上面的A
        var child = new XElement(name);
        child.Add(Element);
        //为了能继续“链式”调用,必须将返回结果设为一个Wrapper,
        //这里以节点A作为下一步处理的“根节点”
        result = new XmlDynamicConstructor(child);
        return true;
    }
}

原理很简单,dynamic调用时,我们知道A这个属性或是A()方法并未定义过,所以在Wrapper中进行处理,将A构造为Xml的一个节点,然后继续返回包含A的Wrapper做下一步处理,又能在A节点中以同样的方式加入B节点,如此,一直继续下去。。。
最后,我们尝试输出xmlWrapper的Element对象:

<E>
    <D>
        <C>
            <B>
                <A>
                    <root />
                </A>
            </B>
        </C>
    </D>
</E>

额,为啥反了。。。
原来是疏忽了,应该将child.Add(Element);修正为Element.Add(child),再运行:

<E />

勒个去,剩一个节点了?好吧,xmlWrapper这个变量,在每次调用时都被替换为子节点的引用了。

由于调用的执行是按栈的方式进行的,貌似这个问题不好处理。我们暂且保留下root那个XElement对象的引用,输出root节点看看:
修改Main()如下:

var root = new XElement("root");
var xmlWrapper =
    ((dynamic)new XmlDynamicConstructor(root))
    .A
        .B
            .C
                .D
                    .E;

Console.WriteLine(root);
Console.ReadLine();

输出:

<root>
<A>
    <B>
        <C>
            <D>
                <E />
            </D>
        </C>
    </B>
</A>
</root>

OK,对了!但是每次都要保留根节点,比较心塞,怎么解决这个问题?Wrapper内再加点东西?

Step2 改良,传递根节点引用,重写xmlWrapper的ToString

首先,从上面的结果来看,整个Xml的构建是没问题的,就是输出方式有点难看,我们分析分析。
从调用方式上看,xmlWrapper虽然事实上每次调用后都会被替换为子节点的Wrapper,但是我更期望能直接Console.Write输出从root节点开始的整个结构。所以我们必须能在任何一个节点上都能找到根节点。

改进下XmlDynamicConstructor,如下:

public sealed class XmlDynamicConstructor : DynamicObject
{
    public XElement Element { get; }
    //调用任一节点Wapper的RootElement时,实际返回的是root的Element
    public XElement RootElement { get { return _root.Element; } }

    private XmlDynamicConstructor _root;//保存root节点的Wrapper

    public XmlDynamicConstructor(XElement element)
    {
        //初始化时构建一个XElement对象,如上面期望结果中的root节点
        Element = element;
        _root = this;
    }

    public XmlDynamicConstructor(XElement element, XmlDynamicConstructor root)
    {
        Element = element;
        _root = root;
    }

    public override bool TryGetMember(GetMemberBinder binder, out object result)
    {
        var name = binder.Name;//获取调用时的名称,如上面的A
        var child = new XElement(name);
        Element.Add(child);
        //为了能继续“链式”调用,必须将返回结果设为一个Wrapper,
        //这里以节点A作为下一步处理的“根节点”
        result = new XmlDynamicConstructor(child, _root);//传递 _root
        return true;
    }

    public override string ToString()
    {
        return RootElement.ToString();//可直接用Console.Write输出xmlWrapper对象
    }
}

改下调用代码,如下:

var xmlWrapper =
    ((dynamic)new XmlDynamicConstructor(new XElement("root")))
    .A
        .B
            .C
                .D
                    .E;

Console.WriteLine(xmlWrapper);

输出,符合预期!调用方式也比前面要人性化很多!

Step3 不能光会增加子节点,兄弟节点呢?

观察上面的调用方式,CSharp中的方法调用、属性调用的点符号已经被使用于增加子节点了,那么我们要换个符号用于增加兄弟节点,就用加号吧。
XmlDynamicConstructor敲个override看看,看来看去只有TryBinaryOperation比较像。

public override bool TryBinaryOperation(
    BinaryOperationBinder binder, object arg, out object result)
{
    if (!(arg is XmlDynamicConstructor))
    {
        throw new ArgumentException(
            "operatiing object should be type of XmlDynamicConstructor!");
    }

    dynamic brother = arg;

    //AddChecked是指执行溢出检测的加法运算
    if (binder.Operation == ExpressionType.Add
        || binder.Operation == ExpressionType.AddChecked)
    {
        Element.AddAfterSelf(brother.RootElement);
    }
    else
    {
        throw new NotImplementedException();
    }

    result = this;
    return true;
}

依然很简单的代码,试试看:

static void Main(string[] args)
{
    var xmlWrapper =
        ((dynamic) 
        new XmlDynamicConstructor(new XElement("root")))
            .A
                .B
                    .C
                        .D
                            .E
                            +
                            ((dynamic)
                            new XmlDynamicConstructor(
                                new XElement("F")))
                            .G
                                .H
                                    .I;

    Console.WriteLine(xmlWrapper);
    Console.ReadLine();
}

输出:

<root>
<A>
    <B>
        <C>
            <D>
                <E />
                <F>
                    <G>
                        <H>
                            <I />
                        </H>
                    </G>
                </F>
            </D>
        </C>
    </B>
</A>
</root>

我们可以看到节点E和节点F成兄弟节点了,并且F还带着子节点。

Step4 继续改良,要考虑下为Xml节点添加属性了

前面我们overrideTryGetMemberTryBinaryOperation,我们可以看到他们分别对应dynamic调用属性和运算符时的处理。那么方法呢?
再来个override,发现TryInvokeMember比较像(不再单独演示结果):

public override bool TryInvokeMember(
    InvokeMemberBinder binder, object[] args, out object result)
{
    var name = GetName(binder.Name);
    var child = new XElement(name);

    if (args.Length > 0)
    {
        var arg = args[0];
        //一个辅助方法设置XElemnt的xml属性
        XDC.SetAttributes(child, arg);
    }

    Element.Add(child);
    result = new XmlDynamicConstructor(child, _root);
    return true;
}

还有之前((dynamic) new XmlDynamicConstructor(new XElement("root")))这行比较丑,换个短点的,比如XDC.New("root")

篇幅已经挺长,不再单独演示了。

总结

通过继承DynamicObject,我们可以自定义如何处理dynamic类型的运行时动态绑定。当然这肯定有一定的性能开销,但是对于某些任务,这个机制是极其方便的,甚至可以说是非常潇洒的,正因如此,Ruby的method missing也被誉为Ruby程序员的梦中情人

希望本文能给大家一定收获。

完整代码请见TinyDSL.Xml
完整版XmlDynamicConstructor大概就80多行代码,XDC也才20几行,文章标题上说的100行写个DSL基本达成。

Published: August 25 2017

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