扩展方法和成员方法：为什么编译器在内部实现时会有不同的实现方式？

Question

考虑以下代码：

 A a = null;
 a.f(); //Will it throw NullReferenceException?

以上代码会抛出NullReferenceException吗？

答案是：这取决于f()是什么。

- 如果它是成员方法，则是的，它会抛出异常。 - 如果它是扩展方法，则不会抛出任何异常。

这种差异引发了一个问题：每种类型的方法如何被C#编译器实现和查看？此外，为什么即使成员方法不访问任何成员数据，它也必须抛出异常？似乎C#编译器提前做出了一个假设，即成员方法将访问成员数据，因此如果对象为空，它就会抛出异常，因为使用空对象无法访问成员数据。但是，在扩展方法的情况下，它会推迟此决定，直到它尝试使用空引用访问成员数据时，然后才会抛出异常。

我的理解有多正确？如果是这样，为什么会有这种差异？

是的，我知道如果f()是扩展方法，则a.f()等同于编写AExt.f(a)，因此后者在使用a访问成员之前不应抛出异常。但我的重点主要是编译器实现（甚至可以以相同的方式实现成员方法）。

- Nawaz

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扩展方法只是同义词，就像你所说的那样。 - bevacqua

正如Nico所说，这只是普通静态方法调用的语法糖。其中一个方便之处是：它使得在字符串上定义.IsNullOrEmpty方法成为可能，从而允许s.IsNullOrEmpty()。 - Kirk Woll

@Kirk：s.IsNullOrEmpty() 是正确的吗？难道不应该是 string.IsNullOrEmpty(s) 吗？我认为你写的代码甚至无法编译！ - Nawaz

@Nawaz，如果你定义了自己的扩展方法 IsNullOrEmpty(this string s)，那么它就会起作用。 - svick

@svick：这就是我的问题。为什么它应该起作用，而当它是成员方法时为什么不起作用？ - Nawaz

@Nawaz，虽然它看起来像是一个实例方法，但它被实现为静态方法。（只需查看生成的IL代码-好像扩展方法的概念根本不存在）“点”符号用于实例成员需要实际实例才能有任何意义。调用实例方法而没有有效的“this”引用是无意义的。对于具有空第一个参数的静态方法则完全不同。扩展方法语法重载了“点”符号的含义，以允许将临时静态方法与类型关联。 - Kirk Woll

Answer 1

是的，这就是代码的行为方式（如果扩展方法没有检查null并自己抛出异常）。如果该方法不直接或间接访问类的任何实例字段，则在null上调用非虚拟实例方法可能有效。

但是，语言设计者认为这会令人困惑，所以他们通过使用callvirt IL指令确保对象不是null。

对于扩展方法，这并不那么令人困惑（没有人期望this是null，但应该检查声明为this IEnumerable<TSource> source的参数）。您可以像普通静态方法一样调用扩展方法，因此它应该始终检查null。此外，两种调用函数的方式应该完全相同。

- svick

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我真的希望设计者们定义了一个属性，以便说明“这个方法可以使用空的this进行调用，并且会做出合理的操作”；这样的设计将允许封装值的不可变类类型表现得像值类型一样[例如，可以说myString.IsNullOrEmpty而不是String.IsNullOrEmpty(myString)]。 - supercat

@supercat 为什么？你可以很容易地将其编写为扩展方法。 - svick

扩展方法具有奇怪的作用域规则，特别是从反射的角度来看，它们实际上存在于与实例方法分离的单独宇宙中。如果有一种方法可以在类内声明扩展方法，那将会有所帮助，但据我所知，这是不允许的：扩展方法必须放在非嵌套非泛型静态类中，因此任何被扩展方法使用的类型或类型成员都必须在该级别可见，无论该方法是否公开暴露类型或成员的任何细节（甚至其存在）。 - supercat

Answer 2

实例方法在对象为空时必须抛出NullReferenceException，因为它们本质上保证了当执行该方法时对象是可用的。将实例方法视为对象实例执行的操作，当对象本身不存在时，该操作甚至无法被调用。扩展方法只是语法糖，编译器会立即将它们转换成你上面提到的AExt.f(a)。这只是一种方便，作为一种眼花缭乱的方式来帮助更好地阅读代码。

对于那些无论实例是否可用都想调用方法的情况，语言提供了静态方法作为特性。正如您所看到的，扩展方法就是静态方法。

- Charles Prakash Dasari