用于.NET的零开销可组合切面技术解析

### 用于.NET的零开销可组合切面技术解析 #### 1. 切面方法规则 在使用切面方法时，需要遵循以下规则： - 静态切面方法可用于拦截静态和非静态方法，因为它不能引用目标的`this`。 - 切面方法的参数类型序列必须是目标方法参数类型序列的前缀。这意味着目标方法的参数数量至少要和切面方法相同，且所有参数类型必须匹配。 - 切面方法的返回类型必须与目标方法的返回类型相等。或者，切面方法可以使用泛型返回类型，若目标方法的返回类型是引用类型，也可以使用`Object`。 #### 2. Yiihaw实现概述 Yiihaw使用Cecil字节码操作库实现。选择Cecil是因为它简单高效，且支持合并字节码指令所需的底层操作。 #### 3. 程序集重写 调用Yiihaw时，用户需要指定： - 一个有效的切入点文件，以文本文件形式存在。 - 一个现有的目标程序集，切面将应用于此。 - 一个现有的切面程序集，包含要引入的建议和其他构造。 生成的编织程序集与目标程序集类型相同（如exe、winexe、库或模块），且完全自包含，不依赖于切面程序集。 #### 4. 处理拦截 编织器一次将建议应用于一个目标方法。如果切入点文件指定，可以将多个建议应用于同一个目标方法，且建议将按指定顺序应用。Yiihaw对建议的应用可视为对目标方法和目标类型（字节码）的转换，这种转换是静态的，在编译后但在加载编译后的字节码之前执行。 下面详细介绍将建议应用于单个目标方法的步骤： 1. **合并目标和建议**：在合并建议和目标方法之前，会创建目标方法所有指令的副本，称为原始主体。如果建议中没有对`Proceed`方法的调用，则会忽略原始目标方法。 2. **局部变量重新编号**：在将原始主体插入目标方法之前，会更新所有对局部变量的引用，确保它们引用正确的局部变量。因为建议方法的局部变量会被添加到原始目标方法的局部变量之前。 3. **处理返回指令**：插入原始主体时，编织器会将所有`ret`（返回）指令替换为`br`（无条件分支）指令，跳转到一个新标签，以保持正确的控制流。例如： ```plaintext ldarg.1 ldc.i4.5 ble.s label ldarg.1 ldc.i4.2 mul ret label: ldarg.1 ret ``` 对应的C#源方法为： ```csharp int M(int x) { if (x > 5) return x * 2; else return x; } ``` 假设要应用以下建议： ```plaintext call int YIIHAW.API.JoinPointContext::Proceed<int>() stloc.0 ldstr "advice" call void [mscorlib]System.Console::Write(string) ldloc.0 ret ``` 对应的C#代码为： ```csharp int Advice() { int res = JoinPointContext.Proceed<int>(); Console.Write("advice"); return res; } ``` 如果直接替换，会得到错误的编织结果。正确的做法是将`ret`指令替换为`br`指令： ```plaintext ldarg.1 ldc.i4.5 ble.s label ldarg.1 ldc.i4.2 mul br.s label2 // <-- replaces ret instruction label: ldarg.1 // <-- fallthrough instead of ret label2: stloc.0 ldstr "advice" call void [mscorlib]System.Console::Write(string) ldloc.0 ret ``` 4. **生成字节码的可验证性**：上述过程会生成可验证的字节码。对于非`void`目标方法，当执行到`ret`指令时，栈中包含返回类型的值。将`ret`替换为跳转指令后，在编织方法中，栈顶会持有返回类型的值。 #### 5. 编织时替换泛型变量 当应用泛型建议时，Yiihaw会更改存储`Proceed`结果的变量类型。例如，对于泛型建议方法： ```csharp public static T Advice<T>() { T result = JoinPointContext.Proceed<T>(); ... return result; } ``` 如果目标方法返回类型为`int`： ```csharp public int Target() { ... } ``` Yiihaw会将变量`result`的类型从`T`修改为`int`。对于返回`void`的方法，Yiihaw会移除存储`Proceed`结果的变量以及所有引用它的指令。 #### 6. 更新代码和变量引用 当所有指令都转移到编织方法后，编织器会扫描这些指令，查找悬空的代码地址和未优化的指令。会使用一个映射表更新所有此类引用，并且为了优化，会检查是否可以将指令修改为短格式。 #### 7. 编织时处理GetTarget `GetTarget`方法可用于获取目标方法的接收者对象。例如： ```csharp public static T Advice<T>() { ... TargetClass tgt; tgt = JoinPointContext.GetTarget<TargetClass>(); tgt.SomeMethod(); return JoinPointContext.Proceed<T>(); } ``` 在编织时，Yiihaw会验证类型参数`TargetClass`是否与目标方法的接收者类型兼容。如果兼容，会将对`GetTarget`方法的调用替换为`ldarg.0`指令，加载目标方法的`this`引用。 #### 8. 连接点API 除了`Proceed`和`GetTarget`方法，Yiihaw API还包含几个可以从建议方法调用的属性，如下表所示： | 属性/方法 | 类型 | 值 | | --- | --- | --- | | AccessSpecifier | string | 被拦截方法的访问修饰符 | | DeclaringType | Type | 被拦截方法的声明类型 | | DeclaringTypeAsString | string | 被拦截方法声明类型的名称 | | GetTarget⟨T⟩ | T | 目标方法的接收者：其`this`引用 | | IsStatic | bool | 如果目标方法是静态的为`true`，否则为`false` | | Name | string | 目标方法的名称 | | ParameterNames | string[] | 被拦截方法的参数名称 | | ParameterTypes