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

1，文件操作
2，读取文件
3，Debug 、Trace类
4，条件编译
5，MethodImpl 特性
5，CLSCompliantAttribute
6，必要时自定义类型别名

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() 或 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
AggressiveInlining	256	如可能应将该方法进行内联。
AggressiveOptimization	512	此方法包含一个热路径，且应进行优化。
ForwardRef	16	已声明该方法，但在其他位置提供实现。
InternalCall	4096	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。
NoInlining	8	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。
NoOptimization	64	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）。
PreserveSig	128	完全按照声明导出方法签名。
Synchronized	32	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。
Unmanaged	4	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：

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。
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)。
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。
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。