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也谈用反射实现Enum→String映射：一种重视性能的方法

Posted on 2006-04-25 15:50  smalldust  阅读(6499)  评论(16)  编辑  收藏  举报
一、问题的提出

最近，博客园有许多blogger提出了为枚举显示中文名称的文章，例如[让枚举成员显示出中文信息]，[利用自定义属性，定义枚举值的详细文本]，[细节决定成败：映射枚举]，[利用DescriptionAttribute定义枚举值的描述信息]，还有原来看过的一些文章（不好意思地址没记）。这些文章的共同特点就是，使用了自定义Attribute附加在枚举值上， 在运行时获取枚举相关的信息。

这种方法中，由于是使用反射，因为有些人关心其中的性能问题——特别是处理大量数据的时候，例如将大量枚举导入到DataGrid的时候；而且人们也发现，Enum本身的ToString方法也使用了反射的方法，因此实际上也存在着速度慢的问题。本文试着以性能为重点，在不失去结构的易读性、可扩展性的条件下，基于以上各位高手的经验，给出一种重视性能的方法。

设计目标：

1，枚举定义形式上使用容易读写的附加Attribute的形式；
2，支持多语言版本，可以很容易地被本地化；
3，调用格式简单。

二、ToString()的性能问题
对于一个枚举值emItem，用下列代码进行测试：
            for (int i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                s = emItem.ToString();
            }

其中s是String类型，emItem是一个MyEnum类型的枚举。
在我的机器上，该循环要花费4900毫秒左右。

当我把其中的“s = emItem.ToString();”换成“s = Enum.GetName(typeof(MyEnum), emItem);”之后，这个时间减少到2300毫秒。

但是必须注意的是，ToString方法和GetName的方法并不是相同的；但是有些时候对于我们来说也许用哪个都可以。
因此我的第一个建议就是，如果可以互换的话，使用GetName代替ToString。

三、 反射的性能问题
显然，上面的两个方法ToString和GetName，都不能解决显示枚举的自定义名，以及提供不同语言版本的问题。因此，很多人采用了反射的方法，像下面这样为每个枚举值增加了Attribute：
    public enum MyEnum
    {
        [EnumItemDescription("Description1")]
        EnumValue1 = 1,
        [EnumItemDescription("Description2")]
        EnumValue2 = 2,
        [EnumItemDescription("Description3")]
        EnumValue3 = 4,
    }

其中，EnumItemDescriptionAttribute是类似于DescriptionAttribute的类。
这样做起来的确非常优雅；在读取该Attribute的值时，大多数使用的是如下的格式：
        static string GetStringFromEnum(Enum enumvalue)
        {
            FieldInfo finfo = enumvalue.GetType().GetField(enumvalue.ToString());
            object[] cAttr = finfo.GetCustomAttributes(typeof(EnumItemDescriptionAttribute), true);
            if (cAttr.Length > 0)
            {
                EnumItemDescriptionAttribute desc = cAttr[0] as EnumItemDescriptionAttribute;
                if (desc != null)
                {
                    return desc.Description;
                }
            }
            return enumvalue.ToString();
        }

事实上，这已经是简化的模式——它没有进行循环。实际上看到的许多blogger的程序中，对所有的FieldInfo进行循环，逐一比较其名字，然后还要对每个FieldInfo的每个Attribute进行循环——也就是说，复杂度是O(n^2)。

那么，当我们用“s = GetStringFromEnum(emItem);”来进行我们进行的第一个实验时，结果是多少呢？

结果是，当我等到30秒的时候我终于不耐烦了；当我正想强行关闭它的时候，它结束了——32秒，即3万2千毫秒。

想想看，它慢也是当然的——每次将一个枚举值映射为字符串时，都要进行反射调用，而且每次还都要调用Enum.ToString这个本来就慢腾腾的家伙！


四、Dictionay + Reflection的缓存式实现尝试
我们回头来想一想，我们为什么必须，或者说更喜欢在这里使用反射？
因为如果不用反射，我们就必须写一个像下面这样的映射函数：
        static string StringFromEnum(MyEnum enumValue)
        {
            switch (enumValue)
            {
                case MyEnum.EnumValue1:
                    return "String1";
                case MyEnum.EnumValue2:
                    return "String2";
                case MyEnum.EnumValue3:
                    return "String3";
            }
            return enumValue.ToString();
        }

（或者我们也可以用一个Dictionary<MyEnum, string>来维护）

也就是说，这样就把“枚举值”和“枚举值的名字”割裂开来了；从设计的角度来说，这样的确为以后的维护增加了困难；但是这样做的速度的确很快。

那么，我们如果把这二者结合起来，不就完美了吗？首先用反射读取所有的Attribute，然后将之存储到一个列表备用；以后每次调用时，不再进行反射调用，而是查询这个列表（相当于缓存）不就可以了吗？程序如下：

    public class EnumMap
    {
        private Type internalEnumType;
        private Dictionary<Enum, string> map;

        public EnumMap(Type enumType)
        {
            if (!enumType.IsSubclassOf(typeof(Enum)))
            {
                throw new InvalidCastException();
            }
            internalEnumType = enumType;
            FieldInfo[] staticFiles = enumType.GetFields(BindingFlags.Public | BindingFlags.Static);

            map = new Dictionary<Enum, string>(staticFiles.Length);

            for (int i = 0; i < staticFiles.Length; i++)
            {
                if (staticFiles[i].FieldType == enumType)
                {
                    string description = "";
                    object[] attrs = staticFiles[i].GetCustomAttributes(typeof(EnumItemDescriptionAttribute), true);
                    description = attrs.Length > 0 ?
                        ((EnumItemDescriptionAttribute)attrs[0]).Description :
                        //若没找到EnumItemDescription标记，则使用该枚举值的名字
                        description = staticFiles[i].Name;

                    map.Add((Enum)staticFiles[i].GetValue(enumType), description);
                }
            }
        }

        public string this[Enum item]
        {
            get
            {
                if (item.GetType() != internalEnumType)
                {
                    throw new ArgumentException();
                }
                return map[item];
            }
        }
    }

这样，我们只需要首先创建一个该类型的实例：
            EnumMap myEnumMap = new EnumMap(typeof(MyEnum));
然后，在任何需要映射枚举值为字符串的地方，像这样调用：
            s = myEnumMap[emItem];
就可以了。

那么，使用“s = myEnumMap[emItem];”进行最开始的哪个测试，结果如何呢？
结果是650毫秒——是不用“缓存”时耗费时间的50分之一。

这里我们注意到，直接提供EnumMap类可能会造成若干问题，而且对于每种枚举类型，我们都要为之新建一个EnumMap对象，比较麻烦；
因此我们对其进行如下简单封装，一方面保证其Singleton特性，一方面不用再去一个个创建EnumMap对象了。
查看该类完整代码

调用时，形式简单，只需要一条语句即可：
s = EnumMapHelper.GetStringFromEnum(emItem);


五、对多语言的支持
对多语言的支持方面，我们只需要照着FCL的样子画瓢就可以了：
    public class EnumItemDescriptionAttribute : DescriptionAttribute
    {
        private bool replaced;
 
        public EnumItemDescriptionAttribute(string description)
            : base(description)
        {
        }
        public override string Description
        {
            get
            {
                if (!this.replaced)
                {
                    this.replaced = true;
                    base.DescriptionValue = SR.GetString(base.Description);
                }
                return base.Description;
            }
        }
    }

其中的SR是同步读取资源的类，与内容关系不大，这里就略去了（可以参考FCL的SR的实现）。

到此为止，一个快速（比Enum本身的ToString方法还要快4倍），形式简洁（无论是声明形式还是调用形式），支持多语言的映射类就完成了。
其中可能有若干bug，并且几乎没有考虑异常，欢迎大家提意见和建议。