C# attribute和Java annotation……

呃，今天感觉就被问了一个真的细到点上的问题，但我就正好不会。我还真是没自定义过Java的annotation，虽然没少用别人定义好的。
真糟糕，赶紧简单笔记一下。至少要保持最低限度的熟练……Java啊 T T

Java与C#都从一开始就强调程序的模块化，所以写出来的程序不但包括代码逻辑，还包括类型信息等“元数据”。Java早期版本只支持有限的几种元数据，用户无法自定义新的元数据类型；后来者C#则从一开始就在支持内建attribute的同时支持用户定义的attribute，为程序在运行时提供更多信息。从Java 5开始，Java添加了一些内建元数据类型，并且开始以annotation的形式支持用户定义的元数据。这样，在Java和C#中，用户都可以通过元数据来扩展语言，为语言提供更丰富的语义。

C#里要自定义attribute类型，可以直接或间接继承System.Attribute类，并通过AttributeUsageAttribute来指定attribute的应用范围，然后像定义普通的public类一样定义attribute的内容。
指定应用范围的AttributeTargets有以下成员：

MSDN 写道

Assembly	Attribute can be applied to an assembly.
Module	Attribute can be applied to a module.
Class	Attribute can be applied to a class.
Struct	Attribute can be applied to a structure; that is, a value type.
Enum	Attribute can be applied to an enumeration.
Constructor	Attribute can be applied to a constructor.
Method	Attribute can be applied to a method.
Property	Attribute can be applied to a property.
Field	Attribute can be applied to a field.
Event	Attribute can be applied to an event.
Interface	Attribute can be applied to an interface.
Parameter	Attribute can be applied to a parameter.
Delegate	Attribute can be applied to a delegate.
ReturnValue	Attribute can be applied to a return value.
GenericParameter	Attribute can be applied to a generic parameter.
All	Attribute can be applied to any application element.

一个简单的attribute的例子：

using System;

// define a custom attribute
[AttributeUsage(AttributeTargets.Property, AllowMultiple = false)]
public class LazyPopulateAttribute : Attribute {
    Type _propType;
    
    public LazyPopulateAttribute(Type propType) {
        _propType = propType;
    }
    
    public Type PropertyType {
        get { return _propType; }
    }
}


public class Singleton {
    static Singleton _instance;
    
    private Singleton() { }
    
    // use the custom attribute
    [LazyPopulate(typeof(Singleton))]
    public static Singleton Instance {
        get { return _instance; }
    }
}

static class Program {
    static void Main(string[] args) {
        var instance = Singleton.Instance;
        // ...
    }
}

上面的代码光是这么写的话，_instance没人赋过值，用起来显然有问题。但我们可以写一个程序在postbuild时分析程序集，提取出其中的attribute，并且让LazyPopulateAttribute指定的属性展开为典型的double-check初始化，Instance展开后应该变为：

public static Singleton Instance {
    get {
        var instance = _instance;
        if (null == instance) {
            lock(_lockObj) { // _lockObj是应该生成的成员
                  if (null == _instance) {
                    _instance = instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在运行时通过反射，PropertyInfo.GetCustomAttributes()就可以得到针对property的attribute信息。具体要如何实现这个例子里的postbuild处理，下一篇再写。

Java方面，支持3种内建的annotation，包括@Override、@Deprecated、@SuppressWarnings。
指定应用范围的ElementType枚举类型有以下成员：

Javadoc 写道

ANNOTATION_TYPE	Annotation type declaration
CONSTRUCTOR	Constructor declaration
FIELD	Field declaration (includes enum constants)
LOCAL_VARIABLE	Local variable declaration
METHOD	Method declaration
PACKAGE	Package declaration
PARAMETER	Parameter declaration
TYPE	Class, interface (including annotation type), or enum declaration

在Java中自定义annotation类型的方法很简单，跟定义接口类似。使用@interface关键字来声明annotation类型，然后像声明方法一样声明其中的成员。与定义接口不同的是，annotation类型的成员可以带有default默认值声明。

public @interface NotImplemented {
    public enum Severity { CRITICAL, HIGH, MEDIUM, LOW, NONE }
    Severity severity() default Severity.NONE;
}

要说C# attribute跟Java annotation有什么关系，相同点是它们都是元数据的载体，差别恐怕主要在于两者的可应用范围不同了。可以看到，两者受到C#和Java语言本身的差异的影响，可应用的范围已经有所不同，例如C#可以对程序集或者模块应用attribute，但不能对命名空间应用；Java可以对包应用annotation，但不能对例如说JAR文件之类的不属于Java语言本身所支持的组织范围应用。
除去语言差异的影响，Java annotation有一个显著的特点就是它可以限定在别的annotation类型的定义上应用，也就是@Target({ElementType.ATTRIBUTE})。Java的@interface声明是extends java.lang.annotation.Annotation的语法糖，所以有@Target({ElementType.TYPE})的annotation也可以应用在annotation类型的定义上。在C#中，有[AttributeUsage(AttributeTarget.Class)]的attribute可以应用在任意类的定义上，而attribute本身就是个普通的类，所以自然也可以应用。不过在C#里无法直接定义出只能作用于attribute类型定义上的attribute，也就是说没有@Target({ElementType.ATTRIBUTE})的对应物，因而无法直接定义出专用的meta-annotation。这应该算是两者最大的区别了吧？
还有一个差异：C#的attribute总是能带到运行时的；Java的annotation则可以选择RetentionPolicy，可以是CLASS、RUNTIME或者SOURCE，所以不一定会带到运行时，甚至不一定会带到编译出来的.class文件里。javac可以挂上一些钩子，可以将annotation处理直接挂在编译过程中，所以SOURCE级的annotation很有意义。Project Lombok把这种能力发挥到了极致……最近不停看到它的消息，但一直没深入调查，真是罪过啊 =v=

不知道今天被问孤城的问题这样解答算不算对呢……？
说真的，上面提到的两个差异里，第二个我是前几天才刚看了一次的，不过被问的时候没想起来 T T 而第一个差异我一直没从“限制”的角度看，如果从“所有可应用范围”来看的话，我觉得还是C#的attribute范围大些，所以也是这么回答的。仔细想想，其实很难说谁大谁小，只能说设计得比较不同……

评论

4 楼 RednaxelaFX 2009-09-08  

night_stalker 写道

遥想当年，我们用的教材还是 Thinking In Java 第二版，Eclipse 还是 IBM 的，Sun 忙着推广 Sun One Studio（现在死掉了？），也装过微软送的 VS 2003 光盘 ……

我是装过微软送的Visual Studio 2005 Beta……刚进大学的时候2003还是主流。Sun One Studio还没挂吧，之前我想过下载但是要注册就懒了。Eclipse还在IBM的时候不是叫Visual Age for Java么……？

3 楼 night_stalker 2009-09-08  

遥想当年，我们用的教材还是 Thinking In Java 第二版，Eclipse 还是 IBM 的，Sun 忙着推广 Sun One Studio（现在死掉了？），也装过微软送的 VS 2003 光盘 ……

2 楼 RednaxelaFX 2009-09-08  

Saito 写道

    暴走吧. .孤城在大学期间一直是做c#的 .. 来淘宝才转java的. 不做c#很多年了已经.. 那时的c#应该和java差不多吧.

Java 5也已经很多年了……要知道我刚进大学的时候Java 5（“Tiger”）就已经炒得很热了 T T

1 楼 Saito 2009-09-08  

    暴走吧. .孤城在大学期间一直是做c#的 .. 来淘宝才转java的. 不做c#很多年了已经.. 那时的c#应该和java差不多吧.