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移除书签9.4.5 属性
C#属性是字段的扩展，它配合C#中的字段使用，用以构造一个安全的应用程序。属性提供了灵活的机制来读取、编写或计算私有字段的值，可以像使用公共数据成员一样使用属性，但实际上它们是称做“访问器”的特殊方法，其设计目的主要是为了实现面向对象（Object Oriented，OO）中的封装思想。根据该思想，字段最好设为private，一个设计完善的类最好不要直接把字段声明为公有或受保护的，以阻止客户端直接进行访问，其中一个主要原因是，客户端直接对公有字段进行读写，使得我们无法对字段的访问进行灵活的控制，比如控制字段只读或者只写将很难实现。
下面，我们将进一步学习属性及访问器。
1.属性声明和访问器
属性的声明主要包含以下几个部分：访问修饰符、属性类型、属性名称、访问器。
先来看一个属性声明的例子，如代码清单9-9所示。
代码清单9-9 属性声明
class Car
{
private string name；//私有字段
}
}
属性访问器包括get访问器和set访问器，分别用于字段的读写操作，但要注意的是，属性本身并不一定和字段相联系。仅包含get访问器的属性为只读属性，仅包含set访问器的属性为只写属性，同时包含两种访问器的属性可读也可写，称做读写属性。代码清单9-9中声明的属性就是一个读写属性。
get访问器的责任是返回字段的值，字段就是该属性所封装的字段，那么很自然地，返回值的类型应该和字段的类型一致。代码清单9-9中的get访问器返回的就是name字段的值，且类型和name字段类型相同，都是string类型。
set访问器的责任是为字段赋值，怎么赋值呢？它是通过一个隐式的参数value来实现值的传入，在代码清单9-9中的set访问器中，name的值就是通过value这个隐式参数赋予的。
注意 在属性中，除了get和set访问器，不允许有其他方法出现。
2.属性和关联字段
代码清单9-10 中第4行的speed字段就是属性的关联字段。
在一个属性中，get访问器和set访问器的职责之一就是对关联字段的封装。其语法为：
❑声明一个私有的字段级变量（这里是类字段，和局部变量不同，请注意区分）；
❑使用下列语法声明一个属性，将私有字段封装起来：
public[数据类型][属性名]
{
get
{
//返回字段值
}
set
{
//使用隐式参数value为字段赋值
}
}
我们先来看一个示例，如代码清单9-10所示。
代码清单9-10 属性声明和访问器
1 class Car
2{
3//当前行驶速度
4 private double speed；
5
6//属性
7 public double Speed
8{
9//访问器
10 get
11{
12//返回字段speed的值
13 return speed；
14}
15 set
16{
17//为字段speed赋值
18 speed=value；
19}
20}
21}
我们对上述代码进行简要的讲解，如表9-4所示。
注意 从内存分配的角度来看私有字段的声明和初始化，CLR为其分配了内存，而并未给属性分配内存，因为属性本身并不存储数据，它操作的是关联字段。
3.自动实现的属性
自C#3.0以来，我们可以使用另外一种更加简洁的语法[2]来定义属性，其语法如下：
public[数据类型][属性名]
{
get；
set；
}
可见，上述代码可使属性声明变得更加简洁。不过这种语法形式也是有限制的，就是仅当属性访问器中不需要其他的逻辑时，才可以使用这种语法形式。如果属性的访问器中需要执行某些计算，就还是需要使用关联字段的方式。本质上，自动实现的属性这种语法也有自己的关联字段，只不过这个关联字段也是隐式的，是编译器自动生成的。由此可见，编译器帮助我们做了很多的工作，减少了我们的工作量。
下面，我们将从本质上对自动实现的属性进行剖析，了解一下编译器究竟为我们做了哪些工作，并且是如何做的，这对于深刻理解C#的工作原理是大有裨益的。通过查看生成后的CIL和原C#代码来一探究竟，可能是一个不错的主意。你可以在“开始”菜单中"Visual Studio 2010"目录下的"Microsoft Windows SDK Tools"下找到“IL反汇编程序”，它就是将生成的exe反编译成CIL语言的工具，如图9-4所示。
图 9-4 反编译工具
工具准备好了，接下来看一个示例程序，如代码清单9-11所示。
代码清单9-11 C#自动属性的工作原理
1 namespace ProgrammingCSharp4
2{
3 class ClassExample
4{
5 static void Main（）
6{
7 Car car=new Car（）；
8 car.Speed=10f；
9 double result=car.Speed；
10}
11}
12
13 class Car
14{
15//属性
16 public double Speed
17{
18//访问器
19 get；
20 set；
21}
22}
23}
注意，这段代码声明了一个类Car，它有一个属性Speed，这里采用C#3.0的自动实现属性语法，可以看到，并没有单独声明一个私有字段变量（关联字段）。接下来，我们查看编译后生成的CIL代码，以了解C#编译器是如何工作的，如图9-5所示。
图 9-5 编译成CIL后类Car的结构
图9-5为编译后的Car类的成员组成图，从中可以看到：
❑编译器生成了一个私有的、类型为float64的私有字段级变量：＜Speed＞k__BackingField，只不过这个字段我们无法从源代码进行访问；
❑编译器生成了两个访问器方法，分别为get_Speed（）和set_Speed（float64），我们特别注意到后者有一个float64类型的参数，它就是隐式的参数。
综合来看，可以得出如下结论：
❑本质上，编译器仍然使用的是和C#2.0相同的语法声明属性，即仍然使用关联字段；
❑属性的本质是方法，是一种特殊的方法。
知道了这些以后，我们来具体看一下CIL代码。阅读CIL代码有一定难度，但和汇编相比还是非常简单，因此后面会先介绍几个常见的CIL指令。话说回来，不能完全读懂这些代码也没有关系，我们的重点在于揭示工作原理，而不是学习CIL。只需要借助CIL让大家明白大致的工作原理就算达到了目的。为了帮助大家理解CIL代码，表9-5列举了几个必需的CIL指令。
在继续下文之前，我们还要强调两个概念：入栈和出栈。因为C#在本质上是基于栈的。在CIL中用来负责这个栈实现的部分叫做虚拟执行栈（Virtual Execution Stack，VES）。在下面的CIL代码中，你将看到CIL提供了一系列指令来完成将值压入到栈中，这个过程叫加载（load）。另外，CIL也定义了一系列指令来将栈顶的值移到内存中（例如局部变量），这个过程叫存储（store）。要注意的是，CIL不允许直接访问一个数据，包括局部变量、方法参数或者类的字段数据。为了实现访问，必须显式地将数据加载到栈中，并在使用时弹出。请务必注意这一点。
预备知识讲完了，我们可以尝试阅读CIL代码了，先来看Speed属性的CIL代码（对应图9-5中的②部分），如代码清单9-12所示。
代码清单9-12 Speed属性的CIL代码
1.property instance float64 Speed（）
2{
3.get instance float64 ProgrammingCSharp4.Car：get_Speed（）
4.set instance void ProgrammingCSharp4.Car：set_Speed（float64）
5}//end of property Car：Speed
从上述CIL代码可以看到：
❑第3行：get访问器，调用get_Speed（）方法；
❑第4行：set访问器，调用set_Speed（float64）方法，类型为float64的参数即是前面讲到的隐式值参数（value）。
我们继续看这两个访问器的CIL代码（对应图9-5中的①部分），如代码清单9-13和代码清单9-14所示。
代码清单9-13 get访问器（get_Speed方法）的CIL代码
1.method public hidebysig specialname instance float64
2 get_Speed（）cil managed
3{
4.custom instance void
[mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute：.ctor（）=（01 00 00 00）
5//Code size 11（0xb）
6.maxstack 1
7.locals init（float64 V_0）
8 IL_0000：ldarg.0
9 IL_0001：ldfld float64
ProgrammingCSharp4.Car：'＜Speed＞k__BackingField'
10 IL_0006：stloc.0
11 IL_0007：br.s IL_0009
12 IL_0009：ldloc.0
13 IL_000a：ret
14}//end of method Car：get_Speed
为了突出实质内容，我们将略过无关的部分。关于上述代码的说明如下：
❑第7行：声明一个局部变量V_0，类型为float64（也就是double）；
❑第8行：将局部变量V_0装入堆栈；
❑第9行：将编译器生成的＜Speed＞k__BackingField字段放入堆栈；
❑第10行：将栈中＜Speed＞k__BackingField的值赋给V_0变量，并弹出栈；
❑第12行：将局部变量V_0的值放入堆栈；
❑第13行：方法返回，因为栈中有值，此值就作为返回值。
代码清单9-14 set访问器（set_Speed方法）的CIL代码
1.method public hidebysig specialname instance void
2 set_Speed（float64'value'）cil managed
3{
4.custom instance void
[mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute：.ctor（）
=（01 00 00 00）
5//Code size 8（0x8）
6.maxstack 8
7 IL_0000：ldarg.0
8 IL_0001：ldarg.1
9 IL_0002：stfld float64
ProgrammingCSharp4.Car：'＜Speed＞k__BackingField'
10 IL_0007：ret
11}//end of method Car：set_Speed
关于上述代码的说明如下：
❑第2行：可以看到前面提到的隐式值参数（value），其类型和属性类型相同；
❑第7行：value参数的值放入栈中；
❑第9行：将栈中value参数的值赋给＜Speed＞k__BackingField字段；
❑第10行：方法返回，赋值结束。
现在，从更深的层次了解了C#中属性访问器的工作原理，内容比较多且有些抽象，请大家多思考、多实践，对CIL感兴趣的读者也可以自行查阅相关资料。
最后，需要注意的是，如果使用自动实现的属性，get和set访问器必须成对出现，如果只有get而没有set，如下面的代码：
class Car
{
public double Speed2
{
//访问器
get；
}
}
上述代码将无法通过编译，产生的编译错误如下：
"CarCar.Speed2.get"必须声明主体，因为它未标记为abstract或extern。自动实现的属性必须同时定义get访问器和set访问器。
4.只读和只写属性
可以提供灵活的访问控制，是我们使用属性的一个重要理由之一。前面谈过只读、只写和读写属性，如下：
❑只读属性：不具有set访问器或者set访问器为private级别的属性，被视为只读属性；
❑只写属性：不具有get访问器或者get访问器为private级别的属性，被视为只写属性；
❑读写属性：具有set访问器和get访问器。
下面查看一下使用访问修饰符实现属性，语法如下：
public[数据类型][属性名]
{
[访问修饰符]get；
[访问修饰符]set；
}
实现一个只读属性，如代码清单9-15所示。
代码清单9-15 只读属性示例
class Car
{
//只读属性
public double Speed
{
//访问器
get；
private set；
}
//只读属性
public double Speed2
{
//访问器
get；
private set；
}
}
如果试图为Speed属性赋值，CLR将会引发一个异常，意为Speed属性再不可用，因为set访问器不可访问：
由于set访问器不可访问，因此不能在此上下文中使用属性或索引器'ProgrammingCSharp4.Car.Speed'
同理，一个只写的属性如代码清单9-16所示。
代码清单9-16 只写属性示例
//只写属性
public double Speed
{
//访问器
private get；
set；
}
//只写属性
public double Speed
{
//访问器
set；
}
一个字段要么可读可写，要么不可读不可写，可见，仅使用字段是无法获得如此灵活的访问控制特性的。
5.执行计算
属性的访问器不但可以为关联字段赋值和返回关联字段的值，还可以根据需要加入更多的逻辑控制代码。例如，还是使用Car这个类，假如为这辆车限速120km/h，当我们试图让速度超过120km/h时，车辆拒绝加速，而将最大速度设为120km/h，用代码表示如下：
set
{
if（value＞120）
{
speed=120；
}
}
这里就在set访问器中加入了逻辑计算功能，同理，get访问器也是一样的，比如在get访问器中进行单位换算等，下面我们给出完整的示例代码，如代码清单9-17所示。
代码清单9-17 在属性中进行逻辑计算
1 namespace ProgrammingCSharp4
2{
3 class ClassExample
4{
5 static void Main（）
6{
7 Car car=new Car（）；
8 car.Speed=130f；
9 System.Console.WriteLine（“当前速度为：{0}”，car.Speed）；
10}
11}
12
13 class Car
14{
15 private double speed；
16//属性
17 public double Speed
18{
19//访问器
20 get
21{
22 return speed；
23}
24 set
25{
26 if（value＞120）
27{
28 speed=120；
29}
30}
31}
32}
33}
说明：
❑第8行：为Speed属性设置130。
❑第26行：检测（130＞120）表达式成立，拒绝接受，转而将120赋给了speed字段。
运行结果为：
当前速度为：120
6.静态属性
和前面讲到的静态变量、静态方法类似，属性也可以声明为静态，使用static关键字即可。只不过因为静态属性属于类级别，因此不能通过类的实例进行访问，也不能在静态属性中使用非静态的关联字段，示例如代码清单9-18所示。
代码清单9-18 静态属性示例
1 namespace ProgrammingCSharp4
2{
3 class ClassExample
4{
5 static void Main（）
6{
7 Car.Speed=130f；
8 System.Console.WriteLine（“当前速度为：{0}”，Car.Speed）；
9}
10}
11
12 class Car
13{
14//如果属性为静态，则关联字段也必须为静态
15 private static double speed；
16//静态属性
17 public static double Speed
18{
19//访问器
20 get
21{
22 return speed；
23}
24 set
25{
26 if（value＞120）
27{
28 speed=120；
29}
30}
31}
32
33//自动属性
34 public static int Number
35{
36 get；
37 set；
38}
39}
40}
说明：
类Car的两个属性Speed和Number均为静态属性，其中Speed属性有关联字段speed，此关联字段同样必须为静态。
[1]访问修饰符，包括public、private、protected等，详细内容请参考9.9节。
[2]又叫做自动属性（Automatic Properties）。
