从数据到代码—基于T4的代码生成方式
在之前写一篇文章《从数据到代码》（上篇、下篇）中，我通过基于CodeDOM+Custom Tool的代码生成方式实现了将一个XML表示的消息列表转换成了相应的C#代码，从而达到了强类型编程的目的。实际上，我们最常用的代码生成当时不是CodeDOM，而是T4，这是一个更为强大，并且适用范围更广的代码生成技术。今天，我将相同的例子通过T4的方式再实现一次，希望为那些对T4不了解的读者带来一些启示。同时这篇文章将作为后续文章的引子，在此之后，我将通过两篇文章通过具体实例的形式讲述如果在项目将T4为我所用，以达到提高开发效率和保证质量的目的。[这里有T4相关的资料][文中的例子可以从这里下载]。
一、我们的目标是：从XML文件到C#代码
再次重申一下我们需要通过“代码生成”需要达到的目的。无论对于怎么样的应用，我们都需要维护一系列的消息。消息的类型很多，比如验证消息、确认消息、日志消息等。我们一般会将消息储存在一个文件或者数据库中进行维护，并提供一些API来获取相应的消息项。这些API一般都是基于消息的ID来获取的，换句话说，消息获取的方式是以一种“弱类型”的编程方式实现的。如果我们能够根据消息存储的内容动态地生成相应的C#或者VB.NET代码，那么我们就能够以一种强类型的方式来获取相应的消息项了。
比如说，现在我们定义了如下一个MessageEntry类型来表示一个消息条目。为了简单，我们尽量简化MessageEntry的定义，仅仅保留三个属性Id、Value和Category。Category表示该消息条目所属的类型，你可以根据具体的需要对其分类（比如根据模块名称或者Severity等）。Value是一个消息真实的内容，可以包含一些占位符（{0}，{1},…{N}）。通过指定占位符对用的值，最中格式化后的文本通过Format返回。
1: public class MessageEntry
2: {
3: public string Id { get; private set; }
4: public string Value { get; private set; }
5: public string Category { get; private set; }
6:
7: public MessageEntry(string id, string value, string category)
8: {
9: this.Id = id;
10: this.Value = value;
11: this.Category = category;
12: }
13: public string Format(params object[] args)
14: {
15: return string.Format(this.Value, args);
16: }
17: }
现在我们所有的消息定义在如下一个XML文件中，<message>XML元素代码一个具体的MessageEntry，相应的属性（Attribute）和MessageEntry的属性（Property）相对应。
1: <?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
2: <messages>
3: <message id="MandatoryField" value="The {0} is mandatory." category="Validation"/>
4: <message id="GreaterThan" value="The {0} must be greater than {1}." category="Validation"/>
5: <message id="ReallyDelete" value="Do you really want to delete the {0}." category="Confirmation"/>
6: </messages>
在上面的XML中，定义了两个类别（Validation和Confirmation）的三条MessageEntry。我们需要通过我们的代码生成工具生成一个包含如下C#代码的CS文件。
1: public static class Messages
2: {
3: public static class Validation
4: {
5: public static MessageEntry MandatoryField = new MessageEntry("MandatoryField", "The {0} is mandatory.", "Validation");
6: public static MessageEntry GreaterThan = new MessageEntry("GreaterThan", "The {0} must be greater than {1}.", "Validation");
7: }
8: public static class Confirmation
9: {
10: public static MessageEntry ReallyDelete = new MessageEntry("ReallyDelete", "Do you really want to delete the {0}.", "Confirmation");
11: }
12: }
那么如何通过T4的方式来实现从“数据”（XML）到“代码”的转换呢？在投入到这个稍微复杂的工作之前，我们先来弄个简单的。
二、从Hello World讲起
我们之前一直在讲T4，可能还有人不知道T4到底代表什么。T4是对“Text Template Transformation Toolkit”（4个T）的简称。T4直接包含在VS2008和VS2010中，是一个基于文本文件转换的工具包。T4的核心是一个基于“文本模板”的转换引擎（以下简称T4引擎），我们可以通过它生成一切类型的文本型文件，比如我们常用的代码文件类型包括：C#、VB.NET、T-SQL、XML甚至是配置文件等。
对于需要通过T4来进行代码生成工作的我们来说，需要做的仅仅是根据转换源（Transformation Source），比如数据表、XML等（由于例子简单，HelloWord模板没有输入源）和目标文本（比如最终需要的C#或者T-SQL代码等）定义相应的模板。T4模板作用就相当于进行XML转化过程中使用的XSLT。
T4模板的定义非常简单，整个模板的内容包括两种形式：静态形式和动态动态。前者就是直接写在模板中作为原样输出的文本，后者是基于某种语言编写代码，T4引擎会动态执行它们。这和我们通过内联的方式编写的ASP.NET页面很相似：HTML是静态的，以C#或者VB.NET代码便写的动态执行的代码通过相应的标签内嵌其中。为了让读者对T4模板有一个直观的认识，我们先来尝试写一个最简单的。假设我们需要通过代码生成的方式生成如下一段简单的C#代码：
1: using System;
2:
3: namespace Artech.CodeGeneration
4: {
5: class Program
6: {
7: static void Main(string[] args)
8: {
9: Console.WriteLine("Hello, {0}", "Foo");
10: Console.WriteLine("Hello, {0}", "Bar");
11: Console.WriteLine("Hello, {0}", "Baz");
12: }
13: }
14: }
1: <#@ template debug="false" hostspecific="false" language="C#" #>
2: <#@ assembly name="System.Core.dll" #>
3: <#@ import namespace="System" #>
4: <#@ output extension=".cs" #>
5: using System;
6:
7: namespace Artech.CodeGeneration
8: {
9: class Program
10: {
11: static void Main(string[] args)
12: {
13: <#
14: foreach(var person in this.InitializePersonList())
15: {
16: #>Console.WriteLine("Hello, {0}","<#= person#>");
17: <# } #>
18: }
19: }
20: }
21:
22: <#+
23: public string[] InitializePersonList()
24: {
25: return new string[]{"Foo","Bar","Baz"};
26: }
27: #>
三、T4模板的基本结构
假设我们用“块”（Block）来表示构成T4模板的基本单元，它们基本上可以分成5类：指令块（Directive Block）、文本块（Text Block）、代码语句块（Statement Block）、表达式块（Expression Block）和类特性块（Class Feature Block）。
1、指令块（Directive Block）
和ASP.NET页面的指令一样，它们出现在文件头，通过<#@…#>表示。其中<#@ template …#>指令是必须的，用于定义模板的基本属性，比如编程语言、基于的文化、是否支持调式等等。比较常用的指令还包括用于程序集引用的<#@ assembly…#>，用于导入命名空间的<#@ import…#>等等。
2、文本块（Text Block）
文本块就是直接原样输出的静态文本，不需要添加任何的标签。在上面的模板文件中，处理定义在<#… #>、<#+… #>和<#=… #>中的文本都属于文本块。比如在指令块结束到第一个“<#”标签之间的内容就是一段静态的文本块。
1: using System;
2:
3: namespace Artech.CodeGeneration
4: {
5: class Program
6: {
7: static void Main(string[] args)
8: {
9:
3、代码语句块（Statement Block）
代码语句块通过<#Statement#>的形式表示，中间是一段通过相应编程语言编写的程序调用，我们可以通过代码语句快控制文本转化的流程。在上面的代码中，我们通过代码语句块实现对一个数组进行遍历，输出重复的Console.WriteLine(“Hello, {0}”, “Xxx”)语句。
1: <#
2: foreach(var person in this.InitializePersonList())
3: {
4: #>
5: Console.Write("Hello, {0}","<#= person#>");
6: <#
7: }
8: #>
4、表达式块（Expression Block）
表达式块以<#=Expression#>的形式表示，通过它之际上动态的解析的字符串表达内嵌到输出的文本中。比如在上面的foreach循环中，每次迭代输出的人名就是通过表达式块的形式定义的（<#= person#>）
5、类特性块（Class Feature Block）
如果文本转化需要一些比较复杂的逻辑，我们需要写在一个单独的辅助方法中，甚至是定义一些单独的类，我们就是将它们定义在类特性块中。类特性块的表现形式为<#+ FeatureCode #>，对于Hello World模板，得到人名列表的InitializePersonList方法就定义在类特性块中。
1: <#+
2: public string[] InitializePersonList()
3: {
4: return new string[]{"Foo","Bar","Baz"};
5: }
6: #>
了解T4模板的“五大块”之后，相信读者对定义在HelloWord.tt中的模板体现的文本转化逻辑应该和清楚了吧。
四、通过T4模板实现从“数据到代码”的转变
现在我们来完成我们开篇布置得任务：如何将一个已知结构的表示消息列表的XML转换成C#代码，使得我们可以一强类型的编程方式获取和格式化相应的消息条目。我们的T4模板定义如下：
1: <#@ template debug="false" hostspecific="true" language="C#" #>
2: <#@ assembly name="System.Core.dll" #>
3: <#@ assembly name="System.Xml" #>
4: <#@ import namespace="System" #>
5: <#@ import namespace="System.Xml" #>
6: <#@ import namespace="System.Linq" #>
7: <#@ output extension=".cs" #>
8:
9: namespace MessageCodeGenrator
10: {
11: public static class Messages
12: {
13: <#
14: XmlDocument messageDoc = new XmlDocument();
15: messageDoc.Load(this.Host.ResolvePath("Messages.xml"));
16:
17: var messageEntries = messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>();
18: var categories = (from element in messageEntries
19: select element.Attributes["category"].Value).Distinct();
20: foreach (var category in categories)
21: {
22: #>
23: public static class <#= category#>
24: {
25: <#
26: foreach (var element in messageDoc.GetElementsByTagName("message").Cast<XmlElement>().Where(element => element.Attributes["category"].Value == category))
27: {
28: string id = element.Attributes["id"].Value;
29: string value = element.Attributes["value"].Value;
30: string categotry = element.Attributes["category"].Value;
31: #>
32: public static MessageEntry <#= id #> = new MessageEntry("<#= id #>","<#= value#>","<#= categotry#>");
33: <# } #>
34: }
35: <# } #>
36: }
37: }
模板体现出来的转化流程就是：加载XML文件（Messages.xml），然后获取所有的消息类别，为每个消息类别创建一个内嵌于静态类Messages中的以类别命名的类。然后遍历每个类别下的所有消息条目，定义类型为MessageEntry的静态熟悉。
在这里有一点需要特别指出的是：整个代码生成的输入，即XML文件Messages.xml和模板文件位于相同的目录下，但是我们需要通过Host属性的ResolvePath方法去解析文件的物理路径。对ResolvePath方法的调用，需要模板<#@ template …#>指令中的hostspecific设置为true。
1: <#@ template debug="false" hostspecific="true" language="C#" #>
五、T4的文本转化的实现
和我之前采用的代码生成方式（CodeDOM+Custom Tool）一样，对于T4模板的代码生成，VS最终还是通过Custom Tool来完成的。如果你查看TT文件的属性，你会发现Custom Tool会自动设置成：TextTemplatingFileGenerator。
当TextTemplatingFileGenerator被触发后（修改后的文件被保存，或者认为执行Custom Tool），会通过T4引擎完成文本的转换和输出工作。具体来讲，T4引擎的文本转化和输出机制可以通过下图来表示。T4引擎首先对模板的静态内容和动态内容进行解析，最终生成一个继承自Microsoft.VisualStudio.TextTemplating.TextTransformation的类，所有的文本转化逻辑被放入被重写的Transformation方法中。然后动态创建该对象，执行该方法并将最终的类型以附加文件的形式输出来。
