关于Expression Tree和IL Emit的所谓的"性能差别"

昨天写了《三种属性操作性能比较》，有个网友写信问我一个问题：从性能上看，Expression Tree和IL Emit孰优孰劣?虽然我在回信中作了简单的回答，但不知道这个网友是否懂我的意思。反正今天呆在家里也没事儿，干脆再就这个话题再写一篇文章。

 

一、Expression Tree和IL Emit并不存在所谓的性能差异

Expression Tree和IL Emit的性能孰优孰劣，这本是个“不是问题的问题”。因为两者之间并不存在本质的区别，所以也谈不上性能的优劣问题。举个例子来说，我们知道.NET Framework 2.0,3.0和3.5使用的是相同的CLR。但是C# 3.0、3.5在2.0的基础上推出了很多语言层面的特性，比如自动实现属性：

[code]      public class Foo

     {

         public Bar Bar{get;set;}

         public Foo()

         {

             this.Bar = new Bar();

         }

     }

[/code]

我们也可以按照下面“传统”的方式来写上面这段代码，谁都知道这两种写法在本质上是完全一样的。就上面的程序来说，在编译的时候C#编译器会将其转化成下一种形式，什么自动实现属性、匿名属性、扩展方法，都是浮云——语法糖而已。

[code]
     public class Foo

     {

         private Bar _bar;

         public Bar Bar

         {

             get{return _bar;}

             set{_bar = value;}

         }

         public Foo()

         {

             _bar = new Bar();

         }

     }

[/code]

Expression Tree和IL Emit之间的关系与这些“语法糖”类似。编译后的Expression Tree就是IL代码；而IL Emit让我们可以用高级语言的编程方式来控制中间语言（IL）程序。由于最终的东西都是一样的，谈不上谁比谁好的问题。编译Expression Tree实现了向IL的转换，如果你通过IL Emit写的IL能够比Expression Tree自动转换的好，那么你的程序性能就好，否则性能就差。但是我们不能说Expression Tree和IL Emit在性能上孰优孰劣。

二、属性赋值操作的两种写法

我们说明Expression Tree和IL Emit之间不存在性能的差异，我们不妨写个例子。简单起见，我们还是采用前面谈到过的属性赋值和取值的操作为例。假设有如下一个接口IFoo，包含一个类型和名称均为Bar的可读写的属性。

[code]
     public interface IFoo

     {

         Bar{get;set;}

     }

     public class Bar{}

[/code]

现在我们通过Expression Tree和IL Emit两种方式编写一个静态方法对IFoo对象的Bar属性进行赋值。简单起见，我们甚至将静态方法的参数类型直接指定为IFoo和Bar，从而省去了类型转换操作。下面是通过Expression Tree进行属性赋值的方法：SetPropertyValueViaExpression。

[code]
     public static void SetPropertyValueViaExpression(IFoo foo, Bar bar)

     {

         var property = typeof(IFoo).GetProperty("Bar");

         var target = Expression.Parameter(typeof(IFoo));

         var propertyValue = Expression.Parameter(typeof(Bar));

         var setPropertyValue = Expression.Call(target, property.GetSetMethod(), propertyValue);

         var setAction= Expression.Lambda<Action<IFoo, Bar>>(setPropertyValue, target, propertyValue).Compile();

         setAction(foo, bar);

     }

[/code]

而下面的SetPropertyValueViaEmit则通过IL Emit的方式完成了一样的工作：

[code]
     public static void SetPropertyValueViaEmit(IFoo foo, Bar bar)

     {

         var property = typeof(IFoo).GetProperty("Bar");

         DynamicMethod method = new DynamicMethod("SetValue", null, new Type[] { typeof(IFoo), typeof(Bar) });

         ILGenerator ilGenerator = method.GetILGenerator();

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_1);

         ilGenerator.EmitCall(OpCodes.Callvirt, property.GetSetMethod(), null);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);

      

         method.DefineParameter(1, ParameterAttributes.In, "obj");

         method.DefineParameter(2, ParameterAttributes.In, "value");

         var setAction = (Action<IFoo, Bar>)method.CreateDelegate(typeof(Action<IFoo, Bar>));

         setAction(foo, bar);

     }

[/code]

三、属性取值操作的两种写法

接下来，我们来编写用于进行属性取值操作的方法。下面的SetPropertyValueViaExpression方法是基于Expression Tree的。

[code]
     public static Bar GetPropertyValueViaExpression(IFoo foo)

     {

         var property = typeof(IFoo).GetProperty("Bar");

         var target = Expression.Parameter(typeof(IFoo));

         var getPropertyValue = Expression.Property(target, property);

         var getFunc = Expression.Lambda<Func<IFoo, Bar>>(getPropertyValue, target).Compile();

         return getFunc(foo);

     }

[/code]

下面则是基于IL Emit的版本：

[code]
     public static Bar GetPropertyValueViaEmit(IFoo foo)

     {

         var property = typeof(IFoo).GetProperty("Bar");

         DynamicMethod method = new DynamicMethod("GetValue", typeof(Bar), new Type[] { typeof(IFoo) });

      

         ILGenerator ilGenerator = method.GetILGenerator();

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

         ilGenerator.EmitCall(OpCodes.Callvirt, property.GetGetMethod(), null);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);

      

         method.DefineParameter(1, ParameterAttributes.In, "target");

         var getFunc = (Func<IFoo, Bar>)method.CreateDelegate(typeof(Func<IFoo, Bar>));

         return getFunc(foo);

     }

[/code]

四、看看两种写法对应的IL

我们说过，经过编译的Expression Tree就是一段IL代码，而IL Emit则直接反映了IL的执行流程。要判断两者在性能方面孰优孰劣，我们只需要看看Expression Tree最终被转换成怎样的IL。我们现在的做法是动态生成一个程序集，将Expression Tree部分定义到一个方法之中。虽然IL Emit已经是真实底反映了底层的IL代码，但是为了我们的比较更加直观，我们也将IL Emit的部分也写入相应的方法。

为此我们在一个Console应用中的Main方法编写了如下的代码：动态创建了名称为Artech.EmitVsExpression的程序集，其中定义了同名的模块。一个唯一的类型Program定义其中，其中定义了四个静态方法：GetPropertyValueViaExpression、SetPropertyValueViaExpression、GetPropertyValueViaEmit和GetPropertyValueViaEmit。而方法体部分则是上面Expression Tree和IL Emit定义的内容。最后这个程序集被保存为一个同名的.dll文件。

[code]
     static void Main()

     {

         var property        = typeof(IFoo).GetProperty("Bar");

         var assemblyBuilder = AppDomain.CurrentDomain.DefineDynamicAssembly(new AssemblyName("Artech.EmitVsExpression"), AssemblyBuilderAccess.RunAndSave);

         var moduleBuilder   = assemblyBuilder.DefineDynamicModule("Artech.EmitVsExpression", "Artech.EmitVsExpression.dll");

         var typeBuilder     = moduleBuilder.DefineType("Program");

      

         //GetPropertyValueViaExpression

         var methodBuilder       = typeBuilder.DefineMethod("GetPropertyValueViaExpression", MethodAttributes.Static | MethodAttributes.Public, typeof(Bar), new Type[] { typeof(IFoo) });

         var target              = Expression.Parameter(typeof(IFoo));

         var getPropertyValue    = Expression.Property(target, property);

         Expression.Lambda<Func<IFoo, Bar>>(getPropertyValue, target).CompileToMethod(methodBuilder);

      

         //SetPropertyValueViaExpression

         methodBuilder           = typeBuilder.DefineMethod("SetPropertyValueViaExpression", MethodAttributes.Static | MethodAttributes.Public, typeof(void), new Type[] { typeof(IFoo), typeof(Bar) });

         target                  = Expression.Parameter(typeof(IFoo));

         var propertyValue       = Expression.Parameter(typeof(Bar));

         var setPropertyValue    = Expression.Call(target, property.GetSetMethod(), propertyValue);

         Expression.Lambda<Action<IFoo, Bar>>(setPropertyValue, target, propertyValue).CompileToMethod(methodBuilder);

      

         //GetPropertyValueViaEmit

         methodBuilder           = typeBuilder.DefineMethod("GetPropertyValueViaEmit", MethodAttributes.Static| MethodAttributes.Public, typeof(Bar), new Type[] { typeof(IFoo) });

         ILGenerator ilGenerator = methodBuilder.GetILGenerator();

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

         ilGenerator.EmitCall(OpCodes.Callvirt, property.GetGetMethod(), null);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);

      

         //SetPropertyValueViaEmit

         methodBuilder   = typeBuilder.DefineMethod("SetPropertyValueViaEmit", MethodAttributes.Static | MethodAttributes.Public, typeof(void), new Type[] { typeof(IFoo), typeof(Bar) });

         ilGenerator     = methodBuilder.GetILGenerator();

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_0);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ldarg_1);

         ilGenerator.EmitCall(OpCodes.Callvirt, property.GetSetMethod(), null);

         ilGenerator.Emit(OpCodes.Ret);

      

         typeBuilder.CreateType();

         assemblyBuilder.Save("Artech.EmitVsExpression.dll");

     }

[/code]

现在我们通过IL Disassembler打开这个.dll文件，看看四个静态方法的IL代码。下面是用于用于获取属性值的GetPropertyValueViaExpression和GetPropertyValueViaEmit方法，我们可以看出它们具有完全一致的方式体。

[code]
     .method public static class [EmitVsExpressionTree]Bar 

             GetPropertyValueViaExpression(class [EmitVsExpressionTree]IFoo A_0) cil managed

     {

       // Code size       7 (0x7)

       .maxstack  1

       IL_0000:  ldarg.0

       IL_0001:  callvirt   instance class [EmitVsExpressionTree]Bar [EmitVsExpressionTree]IFoo::get_Bar()

       IL_0006:  ret

     } // end of method Program::GetPropertyValueViaExpression

      

     .method public static class [EmitVsExpressionTree]Bar 

             GetPropertyValueViaEmit(class [EmitVsExpressionTree]IFoo A_0) cil managed

     {

       // Code size       7 (0x7)

       .maxstack  1

       IL_0000:  ldarg.0

       IL_0001:  callvirt   instance class [EmitVsExpressionTree]Bar [EmitVsExpressionTree]IFoo::get_Bar()

       IL_0006:  ret

     } // end of method Program::GetPropertyValueViaEmit

[/code]

下面是用于对属性进行赋值的两个静态方法：SetPropertyValueViaExpression和SetPropertyValueViaEmit，毫无疑问它们之间也没有差异。到现在，你还在怀疑两种之间在性能上孰优孰劣吗？

[code]
     .method public static void  SetPropertyValueViaExpression(class [EmitVsExpressionTree]IFoo A_0,

                                                               class [EmitVsExpressionTree]Bar A_1) cil managed

     {

       // Code size       8 (0x8)

       .maxstack  2

       IL_0000:  ldarg.0

       IL_0001:  ldarg.1

       IL_0002:  callvirt   instance void [EmitVsExpressionTree]IFoo::set_Bar(class [EmitVsExpressionTree]Bar)

       IL_0007:  ret

     } // end of method Program::SetPropertyValueViaExpression

      

     .method public static void  SetPropertyValueViaEmit(class [EmitVsExpressionTree]IFoo A_0,

                                                         class [EmitVsExpressionTree]Bar A_1) cil managed

     {

       // Code size       8 (0x8)

       .maxstack  2

       IL_0000:  ldarg.0

       IL_0001:  ldarg.1

       IL_0002:  callvirt   instance void [EmitVsExpressionTree]IFoo::set_Bar(class [EmitVsExpressionTree]Bar)

       IL_0007:  ret

     } // end of method Program::SetPropertyValueViaEmit

[/code]

既然在IL上它们没有差别，那么它们就是两对等效的方法。如果你通过Reflector来打开我们生成的.dll,你会清晰地看到这真的是两对完全一致的方法。

[code]
     internal class Program

     {

         // Methods

         public static Bar GetPropertyValueViaEmit(IFoo foo1)

         {

             return foo1.Bar;

         }

      

         public static Bar GetPropertyValueViaExpression(IFoo foo1)

         {

             return foo1.Bar;

         }

      

         public static void SetPropertyValueViaEmit(IFoo foo1, Bar bar1)

         {

             foo1.Bar = bar1;

         }

      

         public static void SetPropertyValueViaExpression(IFoo foo1, Bar bar1)

         {

             foo1.Bar = bar1;

         }

     }

[/code]

晚绑定场景下对象属性赋值和取值可以不需要PropertyInfo


三种属性操作性能比较：PropertyInfo + Expression Tree + Delegate.CreateDelegate


关于Expression Tree和IL Emit的所谓的"性能差别"