面试题：C#中Roslyn编译器平台的自定义编译流程扩展

Question

在C#的Roslyn编译器平台基础上，要求设计并实现一个自定义的编译流程扩展，该扩展能够在编译过程中，对所有的public方法进行额外的代码注入（比如添加日志记录代码）。请详细描述整体设计方案、涉及到的关键类和接口，以及具体的实现步骤。

Answer 1

整体设计方案

1. 分析阶段：利用Roslyn的语法分析和语义分析功能，定位所有的public方法。
2. 转换阶段：在语法树层面，对定位到的public方法进行代码注入。
3. 生成阶段：确保注入后的代码能正确编译生成目标程序集。

关键类和接口

1. SyntaxWalker：用于遍历语法树，定位public方法。通过继承SyntaxWalker类，可以自定义遍历逻辑。
2. SyntaxRewriter：用于修改语法树，在public方法中注入代码。继承SyntaxRewriter类，并重写相关方法实现代码注入。
3. Compilation：代表整个编译过程，可用于获取语法树、生成编译结果等。
4. CSharpCompilation：C# 语言特定的编译表示，继承自Compilation。

具体实现步骤

1. 创建语法分析器：

   var syntaxTree = CSharpSyntaxTree.ParseText(sourceCode);
   

2. 创建语义模型：

   var references = new[] { MetadataReference.CreateFromFile(typeof(object).Assembly.Location) };
   var compilation = CSharpCompilation.Create("MyCompilation", new[] { syntaxTree }, references, new CSharpCompilationOptions(OutputKind.DynamicallyLinkedLibrary));
   var semanticModel = compilation.GetSemanticModel(syntaxTree);
   

3. 遍历语法树定位public方法：

   public class PublicMethodWalker : SyntaxWalker
   {
       public List<MethodDeclarationSyntax> PublicMethods { get; } = new List<MethodDeclarationSyntax>();
       public override void VisitMethodDeclaration(MethodDeclarationSyntax node)
       {
           if (node.Modifiers.Any(SyntaxKind.PublicKeyword))
           {
               PublicMethods.Add(node);
           }
           base.VisitMethodDeclaration(node);
       }
   }
   var walker = new PublicMethodWalker();
   walker.Visit(syntaxTree.GetRoot());
   

4. 注入日志记录代码：

   public class LoggingRewriter : SyntaxRewriter
   {
       public override SyntaxNode VisitMethodDeclaration(MethodDeclarationSyntax node)
       {
           if (node.Modifiers.Any(SyntaxKind.PublicKeyword))
           {
               var logStatement = SyntaxFactory.ExpressionStatement(
                   SyntaxFactory.InvocationExpression(
                       SyntaxFactory.IdentifierName("Console.WriteLine"),
                       SyntaxFactory.ArgumentList(
                           SyntaxFactory.SeparatedList(new[] { SyntaxFactory.Argument(SyntaxFactory.LiteralExpression(SyntaxKind.StringLiteralExpression, SyntaxFactory.Literal("Entering method: " + node.Identifier.ValueText))) }))));
               var block = node.Body ?? SyntaxFactory.Block();
               var newBlock = SyntaxFactory.Block(logStatement, block);
               return node.WithBody(newBlock);
           }
           return base.VisitMethodDeclaration(node);
       }
   }
   var rewriter = new LoggingRewriter();
   var newSyntaxTree = rewriter.Visit(syntaxTree.GetRoot()).SyntaxTree;
   

5. 重新编译：

   var newCompilation = compilation.ReplaceSyntaxTree(syntaxTree, newSyntaxTree);
   using (var ms = new MemoryStream())
   {
       var result = newCompilation.Emit(ms);
       if (result.Success)
       {
           ms.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
           // 加载并执行新生成的程序集
       }
       else
       {
           foreach (var diagnostic in result.Diagnostics)
           {
               Console.WriteLine(diagnostic);
           }
       }
   }