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从数据到代码——通过代码生成机制实现强类型编程[上篇]

 昵称10504424 2013-12-25

我不知道大家对CodeDOM的代码生成机制是否熟悉，但是有一点可以确定：如果你使用过Visual Studio，你就应该体验过它带给我们在编程上的便利。随便列举三种典型的代码生成的场景：在创建强类型DataSet的时候，VS会自动根据Schema生成相应的C#或者VB.NET代码；当我们编辑Resource文件的时候，相应的的后台代码也会自动生成；当我们通过添加Web Reference调用Web Service或者WCF Service的时候，VS会自动生成服务代理的代码和相应的配置。总的来说，通过和VS集成的动态代码生成工具使我们可以“强类型”的方式进行编程，进而提供我们的效率并减低错误的几率。

实际上，除了VS提供的这些典型的代码生成场景中，我们可以根据需要开发一些自定义代码生成器，并且通过VS的扩展实现后台代码的实时生成，从而实现强类型编程的目的，现在我们举一个典型的应用场景——消息管理。

一、一个典型的自定义代码生成器应用场景——消息管理

无论对于怎么样的应用，我们都需要维护一系列的消息。消息的类型很多，比如验证消息、确认消息、日志消息等。我们一般会将消息储存在一个文件或者数据库中进行维护，并提供一些API来获取相应的消息项。这些API一般都是基于消息的ID来获取的，换句话说，消息获取的方式是以一种“弱类型”的编程方式实现的。如果我们能够根据消息存储的内容动态地生成相应的C#或者VB.NET代码，那么我们就能够以一种强类型的方式来获取相应的消息项了。

比如说，现在我们定义了如下一个MessageEntry类型来表示一个消息条目。为了简单，我们尽量简化MessageEntry的定义，仅仅保留三个属性Id、Value和Category。Category表示该消息条目所属的类型，你可以根据具体的需要对其分类（比如根据模块名称或者Severity等）。Value是一个消息真实的内容，可以包含一些占位符（{0}，{1},…{N}）。通过指定占位符对用的值，最中格式化后的文本通过Format返回。

现在我们所有的消息定义在如下一个XML文件中，<message>XML元素代码一个具体的MessageEntry，相应的属性（Attribute）和MessageEntry的属性（Property）相对应。

在上面的XML中，定义了两个类别（Validation和Confirmation）的三条MessageEntry。我们需要通过我们的代码生成工具生成一个包含如下C#代码的CS文件。

那么我们就能够直接通过生成出来的Messages类，以强类型的方式获取并格式化每一条MessageEntry的内容了。

下面是输出结果：

要实现上面的功能实际上包含两个步骤：一是动态解析包含消息定义的XML文件，并生成我们希望结构的一个代码定义，而是通过和VS进行集成，借助VS自定义工具将前面生成的内容真正写入到一个具体的.cs文件中。第一个步骤可以通过CodeDOM轻松实现，而第二个步骤借助于VS的扩展也会很简单。本篇文章我们只关注第一个方面，下面我们在对第二个方面进行介绍。

二、通过CodeDom实现动态代码生成

CodeDOM 提供了表示许多常见的源代码元素类型的类型。您可以设计一个生成源代码模型的程序，使用CodeDOM 元素构成一个对象图。而这个对象图包含C#或者VB.NET代码包含的基本元素：命名空间、类型、类型成员（方法、属性、构造函数、事件等），并且包括方法实现的具体语句（Statement）。也就是说它的结构就是对一个具体.vb或者.cs文件代码的反映。在这里我不会具体介绍CodeDOM体系结构，有兴趣的读者可以参与MSDN官方文档。

CodeDOM最终体现出来的是一个叫做CodeCompileUnit对象，这个对象通过如下定义的MessageCodeGnerator的BuildCodeObject方法返回。下面给出了生成CodeCompileUnit的全部实现，即使你对CodeDOM完全不了解，结合上面给出的保存消息的XML和我们最终期望的C#代码的结构，相信也能够看懂整个实现逻辑。

总的来说，BuildCodeObject方法的目的就是一个将XML转换成CodeCompileUnit对象。首先在BuildCodeObject方法中，添加了一个命名空间（Artech.CodeDomGenerator），并在该命名空间中定义了一个Messages的类。在Messages类会为每一个消息类别定义一个嵌套类，类型的名称就是消息类别的名称（比如Validation、Confirmation等）。我们具体的MessageEntry通过公共静态属性的形式进行定义，并且采用Inline的方式进行初始化。

   1: public class MessageCodeGenerator
   2: {
   3:     public CodeCompileUnit BuildCodeObject(XmlDocument messages)
   4:     {
   5:         var codeObject = new CodeCompileUnit();
   6:         var codeNamespace = new CodeNamespace("Artech.CodeDomGenerator");
   7:         codeObject.Namespaces.Add(codeNamespace);
   8:         var codeType = new CodeTypeDeclaration("Messages");
   9:         codeNamespace.Types.Add(codeType);
  10:         GenerateCatetoryClasses(codeType, messages);
  11:         return codeObject;
  12:     }       
  13:  
  14:     private void GenerateCatetoryClasses(CodeTypeDeclaration root, XmlDocument messageDoc)
  15:     {
  16:         var messageEntries = messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>();
  17:         var categories = (from element in messageEntries
  18:                           select element.Attributes["category"].Value).Distinct();
  19:  
  20:         foreach (var category in categories)
  21:         {
  22:             var categoryType = new CodeTypeDeclaration(category);
  23:             root.Members.Add(categoryType);
  24:  
  25:             foreach (var element in messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>().
  26:                 Where(element => element.Attributes["category"].Value == category))
  27:             {
  28:                 GenerateMessageProperty(element, categoryType);
  29:             }
  30:         }
  31:     }
  32:  
  33:     private void GenerateMessageProperty(XmlElement messageEntry, CodeTypeDeclaration type)
  34:     {
  35:         string id           = messageEntry.Attributes["id"].Value;
  36:         string value        = messageEntry.Attributes["value"].Value;
  37:         string categotry    = messageEntry.Attributes["category"].Value;
  38:  
  39:         var field = new CodeMemberField(typeof(MessageEntry), id);
  40:         type.Members.Add(field);
  41:         field.Attributes = MemberAttributes.Public | MemberAttributes.Static;
  42:         field.InitExpression = new CodeObjectCreateExpression(
  43:             typeof(MessageEntry),
  44:             new CodePrimitiveExpression(id),
  45:             new CodePrimitiveExpression(value),
  46:             new CodePrimitiveExpression(categotry));
  47:     }    
  48: }

三、通过CodeDomProvider转化给予某种语言的代码

CodeCompileUnit最终体现的代码的结构，但是CodeCompileUnit本身是不基于某种具体的编程语言的，也就是说CodeCompileUnit是语言中性的。最终我们需要另一个对象将CodeCompileUnit转换成基于某种编程的语言的代码：CodeDomProvider。

在上面的代码中，我们利用上面定义的MessageCodeGenerator类型，将上述我们提到的包含消息定义的XML文件转换成CodeDomProvider对象。最终通过CodeDomProvider将其分别转换成C#代码和VB。NET代码。

这是C#代码（和我们开始提到过的完全一致）：

下面是VB.NET代码:

在《下篇》中，我们将着重介绍如果通过VS的扩展实现如何将我们的MessageCodeGenerator和XML进行绑定，使XML内容改变的时候，相应的代码能够动态的生成。

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