生成代码，从 T1 到 T16 —— 自动生成多个类型的泛型

当你想写一个泛型 的类型的时候，是否想过两个泛型参数、三个泛型参数、四个泛型参数或更多泛型参数的版本如何编写呢？是一个个编写？类小还好，类大了就杯具！

事实上，在 Visual Studio 中生成代码的手段很多，本文采用最笨的方式生成，但效果也很明显——代码写得轻松写得爽！

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我们想要的效果

我们现在有一个泛型的版本：

public class Demo<T>
{
    public Demo(Action<T> demo)
    {
        _demo = demo ?? throw new ArgumentNullException(nameof(action));
    }

    private Action<T> _demo;

    public async Task<T> DoAsync(T t)
    {
        // 做某些事情。
    }

    // 做其他事情。
}

希望生成多个泛型的版本：

public class Demo<T1, T2>
{
    public Demo(Action<T1, T2> demo)
    {
        _demo = demo ?? throw new ArgumentNullException(nameof(action));
    }

    private Action<T1, T2> _demo;

    public async Task<(T1, T2)> DoAsync(T1 t1, T2 t2)
    {
        // 做某些事情。
    }

    // 做其他事情。
}

注意到类型的泛型变成了多个，参数从一个变成了多个，返回值从单个值变成了元组。

于是，怎么生成呢？

回顾 Visual Studio 那些生成代码的方式

Visual Studio 原生自带两种代码生成方式。

第一种：T4 文本模板

事实上 T4 模板算是 Visual Studio 最推荐的方式了，因为你只需要编写一个包含占位符的模板文件，Visual Studio 就会自动为你填充那些占位符。

那么 Visual Studio 用什么填充？是的，可以在模板文件中写 C# 代码！比如官方 DEMO：

<#@ output extension=".txt" #>
<#@ assembly name="System.Xml" #>
<#
 System.Xml.XmlDocument configurationData = ...; // Read a data file here.  

#>  

namespace Fabrikam.<#= configurationData.SelectSingleNode("jobName").Value #>
{
  ... // More code here.
}  

这代码写哪儿呢？在项目上右键新建项，然后选择“运行时文本模板”：

T4 模板编辑后一旦保存（Ctrl+S），代码立刻生成。

有没有觉得这代码着色很恐怖？呃……根本就没有代码着色好吗！即便如此，T4 本身也是非常强悍的代码生成方式。

这不是本文的重点，于是感兴趣请阅读官方文档 Code Generation and T4 Text Templates - Microsoft Docs 学习。

第二种：文件属性中的自定义工具

右键选择项目中的一个代码文件，然后选择“属性”，你将看到以下内容：

属性 - 自定义工具

就是这里的自定义工具。在这里填写工具的 Key，那么一旦这个文件保存，就会运行自定义工具生成代码。

那么 Key 从哪里来？这货居然是从注册表拿的！也就是说，如果要在团队使用，还需要写一个注册表项！即便如此，自定义工具本身也是非常强悍的代码生成方式。

这也不是本文的重点，于是感兴趣请阅读官方文档 Custom Tools - Microsoft Docs 学习。

第三重：笨笨的编译生成事件

这算是通常项目用得最多的方式了，因为它可以在不修改用户开发环境的情况下执行几乎任何任务。

右键项目，选择属性，进入“生成事件”标签：

在“预先生成事件命令行”中填入工具的名字和参数，便可以生成代码。

制作生成泛型代码的工具

我们新建一个控制台项目，取名为 CodeGenerator，然后把我写好的生成代码粘贴到新的类文件中。

using System;
using System.Linq;
using static System.Environment;

namespace Walterlv.BuildTools
{
    public class GenericTypeGenerator
    {
        private static readonly string GeneratedHeader =
$@"//------------------------------------------------------------------------------
// <auto-generated>
//     此代码由工具生成。
//     运行时版本:{Environment.Version.ToString(4)}
//
//     对此文件的更改可能会导致不正确的行为，并且如果
//     重新生成代码，这些更改将会丢失。
// </auto-generated>
//------------------------------------------------------------------------------

#define GENERATED_CODE
";

        private static readonly string GeneratedFooter =
            $@"";

        private readonly string _genericTemplate;
        private readonly string _toolName;

        public GenericTypeGenerator(string toolName, string genericTemplate)
        {
            _toolName = toolName ?? throw new ArgumentNullException(nameof(toolName));
            _genericTemplate = genericTemplate ?? throw new ArgumentNullException(nameof(toolName));
        }

        public string Generate(int genericCount)
        {
            var toolName = _toolName;
            var toolVersion = "1.0";
            var generatedattribute = $"[System.CodeDom.Compiler.GeneratedCode(\"{toolName}\", \"{toolVersion}\")]";

            var content = _genericTemplate
                // 替换泛型。
                .Replace("<out T>", FromTemplate("<{0}>", "out T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("Task<T>", FromTemplate("Task<({0})>", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("Func<T, Task>", FromTemplate("Func<{0}, Task>", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace(" T, Task>", FromTemplate(" {0}, Task>", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("(T, bool", FromTemplate("({0}, bool", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("var (t, ", FromTemplate("var ({0}, ", "t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace(", t)", FromTemplate(", {0})", "t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("return (t, ", FromTemplate("return ({0}, ", "t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("<T>", FromTemplate("<{0}>", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("{T}", FromTemplate("{{{0}}}", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("(T value)", FromTemplate("(({0}) value)", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("(T t)", FromTemplate("({0})", "T{n} t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("(t)", FromTemplate("({0})", "t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace("var t =", FromTemplate("var ({0}) =", "t{n}", ", ", genericCount))
                .Replace(" T ", FromTemplate(" ({0}) ", "T{n}", ", ", genericCount))
                .Replace(" t;", FromTemplate(" ({0});", "t{n}", ", ", genericCount))
                // 生成 [GeneratedCode]。
                .Replace("    public interface ", $"    {generatedattribute}{NewLine}    public interface ")
                .Replace("    public class ", $"    {generatedattribute}{NewLine}    public class ");
            return GeneratedHeader + NewLine + content.Trim() + NewLine + GeneratedFooter;
        }

        private static string FromTemplate(string template, string part, string seperator, int count)
        {
            return string.Format(template,
                string.Join(seperator, Enumerable.Range(1, count).Select(x => part.Replace("{n}", x.ToString()))));
        }
    }
}

这个类中加入了非常多种常见的泛型字符串特征，当然是采用最笨的字符串替换方法。如果感兴趣优化优化，可以用正则表达式，或者使用 Roslyn 扩展直接拿语法树。

于是，在 Program.cs 中调用以上代码即可完成泛型生成。我写了一个简单的版本，可以将每一个命令行参数解析为一个需要进行转换的泛型类文件。

using System.IO;
using System.Linq;
using System.Text;
using Walterlv.BuildTools;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        foreach (var argument in args)
        {
            GenerateGenericTypes(argument, 4);
        }
    }

    private static void GenerateGenericTypes(string file, int count)
    {
        // 读取原始文件并创建泛型代码生成器。
        var template = File.ReadAllText(file, Encoding.UTF8);
        var generator = new GenericTypeGenerator(template);

        // 根据泛型个数生成目标文件路径和文件内容。
        var format = GetIndexedFileNameFormat(file);
        (string targetFileName, string targetFileContent)[] contents = Enumerable.Range(2, count - 1).Select(i =>
            (string.Format(format, i), generator.Generate(i))
        ).ToArray();

        // 写入目标文件。
        foreach (var writer in contents)
        {
            File.WriteAllText(writer.targetFileName, writer.targetFileContent);
        }
    }

    private static string GetIndexedFileNameFormat(string fileName)
    {
        var directory = Path.GetDirectoryName(fileName);
        var name = Path.GetFileNameWithoutExtension(fileName);
        if (name.EndsWith("1"))
        {
            name = name.Substring(0, name.Length - 1);
        }

        return Path.Combine(directory, name + "{0}.cs");
    }
}

考虑到这是 Demo 级别的代码，我将生成的泛型个数直接写到了代码当中。这段代码的意思是按文件名递增生成多个泛型类。

例如，有一个泛型类文件 Demo.cs，则会在同目录生成 Demo2.cs，Demo3.cs，Demo4.cs。当然，Demo.cs 命名为 Demo1.cs 结果也是一样的。

在要生成代码的项目中添加“预先生成事件命令行”：

"$(ProjectDir)..\CodeGenerator\$(OutDir)net47\CodeGenerator.exe" "$(ProjectDir)..\Walterlv.Demo\Generic\IDemoFile.cs" "$(ProjectDir)..\..\Walterlv.Demo\Generic\DemoFile.cs" 

现在，编译此项目，即可生成多个泛型类了。

彩蛋

如果你仔细阅读了 GenericTypeGenerator 类的代码，你将注意到我为生成的文件加上了条件编译符“GENERATED_CODE”。这样，你便可以使用 #ifdef GENERATED_CODE 来处理部分不需要进行转换或转换有差异的代码了。

这时写代码，是不是完全感受不到正在写模板呢？即有代码着色，又适用于团队其他开发者的开发环境。是的，个人认为如果带来便捷的同时注意不到工具的存在，那么这个工具便是好的。

如果将传参改为自动寻找代码文件，将此工具发布到 NuGet，那么可以通过 NuGet 安装脚本将以上过程全自动化完成。

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参考资料

• Code Generation and T4 Text Templates - Microsoft Docs
• Custom Tools - Microsoft Docs