Дослідження полів та властивостей за допомогою рефлексії

14.4. Дослідження полів та властивостей за допомогою рефлексії

У попередньому розділі ми досліджували методи та конструктори через MethodInfo і ConstructorInfo. Тепер розглянемо, як рефлексія дозволяє читати і змінювати дані типу — поля через FieldInfo та властивості через PropertyInfo.

Ці два класи виглядають схожими (обидва мають GetValue і SetValue), але представляють різні рівні абстракції. Поле — це пряма ділянка пам'яті об'єкта. Властивість — абстракція з get/set-аксесорами, які можуть містити довільну логіку, кидати виключення і бути реалізовані через backing-field або взагалі обчислюватись динамічно.

Клас FieldInfo

FieldInfo описує одне поле класу або структури. Ключові властивості:

Властивість	Що повертає
.Name	ім'я поля: "_bmi", "<FullName>k__BackingField"
.FieldType	Type поля
.IsPublic	true якщо public
.IsPrivate	true якщо private
.IsFamily	true якщо protected
.IsAssembly	true якщо internal
.IsStatic	true якщо static
.IsInitOnly	true якщо readonly
.IsLiteral	true якщо const (значення вбудовано на етапі компіляції)
.IsNotSerialized	true якщо є [NonSerialized]
.GetValue(obj)	прочитати значення поля у об'єкта obj
.SetValue(obj, val)	записати значення val у поле об'єкта obj

const vs readonly через рефлексію

Обидва ключових слова задають поля, значення яких не змінюється — але механізм різний, і рефлексія це чітко розрізняє:

Модифікатор	IsLiteral	IsInitOnly	Примітки
const	true	false	значення вбудоване в IL; завжди static логічно
readonly	false	true	може бути instance або static
static readonly	false	true + IsStatic=true	поєднання обох
Звичайне поле	false	false	—

Для const-поля GetValue(null) повертає вбудоване значення (аргумент obj ігнорується — поле не прив'язане до екземпляра). Спроба SetValue на const або readonly кидає FieldAccessException:

FieldInfo maxAgeField = typeof(PatientRecord)
    .GetField("MaxAge", BindingFlags.Public | BindingFlags.Static)!;

// const — читаємо через null
object? val = maxAgeField.GetValue(null);
Console.WriteLine($"MaxAge = {val}"); // MaxAge = 150

// SetValue → FieldAccessException
maxAgeField.SetValue(null, 200); // кидає!

Є один спосіб обійти захист readonly (але не const) — через хак з RuntimeFieldHandle чи встановлення через IL-генерацію. У реальних проєктах це вважається небезпечним патерном і застосовується тільки в тестових фреймворках для заміни залежностей.

Клас PropertyInfo

PropertyInfo описує одну властивість. Ключові члени:

Властивість / Метод	Що повертає
.Name	ім'я властивості: "FullName", "BirthDate"
.PropertyType	Type значення властивості
.CanRead	true якщо є getter
.CanWrite	true якщо є setter або init-accessor
.GetMethod	MethodInfo? — getter як метод
.SetMethod	MethodInfo? — setter як метод
.GetValue(obj)	прочитати значення властивості
.SetValue(obj, val)	записати значення властивості
.GetIndexParameters()	ParameterInfo[] — для індексаторів (this[int])
.GetAccessors()	масив MethodInfo — get + set разом

Ключовий момент: .GetMethod і .SetMethod — це справжні MethodInfo. Через них можна перевірити модифікатор доступу аксесора:

PropertyInfo prop = typeof(PatientRecord).GetProperty("RecordId")!;

Console.WriteLine(prop.CanRead);               // true
Console.WriteLine(prop.CanWrite);              // true (init)
Console.WriteLine(prop.GetMethod!.IsPublic);   // true
Console.WriteLine(prop.SetMethod!.IsPublic);   // true (але init-only)

init-only setter (C# 9) — прихована пастка

C# 9 ввів init-аксесор: public string Name { get; init; }. Рефлексія показує CanWrite = true, бо setter технічно існує. Але SetValue все одно кидає FieldAccessException, оскільки init-setter позначений атрибутом [IsExternalInit] і компілятор дозволяє його виклик лише з конструктора або ініціалізатора об'єкта.

PropertyInfo nameProp = typeof(PatientRecord).GetProperty("FullName")!;
Console.WriteLine(nameProp.CanWrite); // true — вводить в оману!

var patient = new PatientRecord("Іван Коваль", new DateTime(1980, 1, 1));

// Кидає FieldAccessException:
nameProp.SetValue(patient, "Петро Мельник");

Обхід: знайти backing field і записати напряму через FieldInfo.SetValue:

FieldInfo? backing = typeof(PatientRecord)
    .GetField("<FullName>k__BackingField",
              BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
backing?.SetValue(patient, "Петро Мельник");

Цей підхід використовується в тестових фреймворках (Moq, NSubstitute) для підміни значень init-властивостей під час налаштування тестових об'єктів. У продакшн-коді це вважається антипатерном — краще переробити дизайн.

Workflow GetValue і SetValue

Порядок дій при роботі з полями і властивостями через рефлексію відповідає п'яти крокам з діаграми:

Type t = typeof(PatientRecord);
var patient = new PatientRecord("Олена Петренко", new DateTime(1985, 3, 12));

// 1. Отримати FieldInfo / PropertyInfo з BindingFlags
FieldInfo? bmiField = t.GetField("_bmi",
    BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);

PropertyInfo? fullNameProp = t.GetProperty("FullName",
    BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance);

// 2. Перевірити CanRead / CanWrite (для Property)
if (fullNameProp is { CanRead: true, CanWrite: true })
{
    // 3. GetValue → object? (boxing для value-типів)
    object? name = fullNameProp.GetValue(patient);
    Console.WriteLine(name); // Олена Петренко

    // 4. SetValue — val приводиться до PropertyType
    fullNameProp.SetValue(patient, "Марія Гончар");

    // 5. Розкастити результат
    string updated = (string)fullNameProp.GetValue(patient)!;
    Console.WriteLine(updated); // Марія Гончар
}

// Читання приватного поля через FieldInfo
object? rawBmi = bmiField?.GetValue(patient);
decimal bmi = rawBmi is null ? 0m : (decimal)rawBmi;

Для статичних полів і властивостей аргумент obj у GetValue/SetValue передається як null:

FieldInfo? maxAge = t.GetField("MaxAge", BindingFlags.Public | BindingFlags.Static);
object? val = maxAge?.GetValue(null);  // null для static

Практичне застосування

Серіалізація — JSON/XML-серіалізатори проходять по всіх публічних властивостях типу і перетворюють значення в рядок. Базова схема:

var props = t.GetProperties(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance)
             .Where(p => p.CanRead);
foreach (var p in props)
    json[p.Name] = p.GetValue(obj)?.ToString() ?? "null";

ORM (Entity Framework Core) — при матеріалізації запиту EF Core записує значення кожної колонки в відповідну властивість об'єкта через SetValue або через скомпільований Expression. Рефлексія тут — фундамент маппінгу колонка↔властивість.

AutoMapper — при конфігурації маппінгу бібліотека одноразово будує словник PropertyInfo для джерела і цілі, потім кожен маппінг читає GetValue і пише SetValue. Кешування PropertyInfo є обов'язковим.

Клонування об'єктів — deep copy через перебір GetFields з копіюванням GetValue→SetValue для кожного поля нового примірника. Правильна реалізація пропускає IsLiteral-поля і backing-поля, які обробляються через властивості.

Валідатори — перевірка атрибутів на властивостях [Required], [Range], [MaxLength] через GetCustomAttributes() + GetValue() для отримання фактичного значення.

---

Приклад 1 — PatientRecord: інспекція полів і маніпуляції значеннями

using System;
using System.Linq;
using System.Reflection;
using System.Runtime.CompilerServices;

Type t = typeof(PatientRecord);
var patient = new PatientRecord("Олена Петренко", new DateTime(1985, 3, 12)) { RecordId = 42 };

Console.WriteLine("=== Усі поля (з категоризацією) ===\n");

var allFields = t.GetFields(
    BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic |
    BindingFlags.Instance | BindingFlags.Static);

foreach (var f in allFields)
{
    bool isBacking = f.IsDefined(typeof(CompilerGeneratedAttribute), false);
    string category = f.IsLiteral ? "const" : f.IsInitOnly ? "readonly"
                    : isBacking ? "backing" : "field";
    string access   = f.IsPublic ? "public" : f.IsFamily ? "protected" : "private";
    string stat     = f.IsStatic ? " static" : "";

    object? val = f.IsStatic ? f.GetValue(null) : f.GetValue(patient);
    Console.WriteLine($"  [{category}] {access}{stat} {f.FieldType.Name,-12} {f.Name,-30} = {val}");
}

Console.WriteLine("\n=== Властивості з CanRead/CanWrite ===\n");

foreach (var p in t.GetProperties(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance))
{
    string rw = (p.CanRead ? "get" : "") + (p.CanWrite ? "; set" : "");
    bool isInit = p.SetMethod?.ReturnParameter
                    .GetRequiredCustomModifiers()
                    .Any(m => m.Name == "IsExternalInit") ?? false;
    if (isInit) rw += " [init-only]";

    object? val = p.CanRead ? p.GetValue(patient) : "—";
    Console.WriteLine($"  {p.PropertyType.Name,-12} {p.Name,-15} [{rw}]  = {val}");
}

Console.WriteLine("\n=== SetValue через PropertyInfo ===\n");

var ageProp = t.GetProperty("BirthDate");
ageProp?.SetValue(patient, new DateTime(1990, 7, 22));
Console.WriteLine($"  BirthDate після SetValue: {patient.BirthDate:yyyy-MM-dd}");

Console.WriteLine("\n=== SetValue через FieldInfo (приватне поле _bmi) ===\n");

var bmiField = t.GetField("_bmi", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
bmiField?.SetValue(patient, 27.4m);
Console.WriteLine($"  _bmi через GetValue: {bmiField?.GetValue(patient)}");
Console.WriteLine($"  GetBmi(): {patient.GetBmi()}");

Console.WriteLine("\n=== const-поле через GetValue(null) ===\n");

var maxAgeField = t.GetField("MaxAge", BindingFlags.Public | BindingFlags.Static);
Console.WriteLine($"  MaxAge = {maxAgeField?.GetValue(null)}");

public class PatientRecord
{
    public const int MaxAge = 150;
    public static readonly string DefaultWard = "Загальна терапія";

    public string FullName { get; set; }
    public DateTime BirthDate { get; set; }
    public int RecordId { get; init; }

    private decimal _bmi;
    private string? _notes;

    public PatientRecord(string fullName, DateTime birthDate)
    {
        FullName = fullName;
        BirthDate = birthDate;
    }

    public void SetBmi(decimal bmi) => _bmi = Math.Max(0, bmi);
    public decimal GetBmi() => _bmi;
    public void AddNote(string text) => _notes = text;
    public string GetSummary() => $"Пацієнт: {FullName}, ІМТ: {_bmi:F1}";
}

---

Приклад 2 — ObjectCloner: deep copy через FieldInfo

using System;
using System.Linq;
using System.Reflection;
using System.Runtime.CompilerServices;

var original = new PatientRecord("Іван Коваль", new DateTime(1975, 5, 20)) { RecordId = 7 };
original.SetBmi(25.1m);
original.AddNote("Перший візит");

var clone = ObjectCloner<PatientRecord>.Clone(original);

Console.WriteLine("=== Оригінал ===");
Console.WriteLine(original.GetSummary());
Console.WriteLine($"RecordId: {original.RecordId}");

Console.WriteLine("\n=== Клон (після Clone) ===");
Console.WriteLine(clone.GetSummary());
Console.WriteLine($"RecordId: {clone.RecordId}");

// Перевірка незалежності
original.SetBmi(30.0m);
Console.WriteLine("\n=== Після зміни оригіналу ===");
Console.WriteLine($"Оригінал ІМТ: {original.GetBmi()}");
Console.WriteLine($"Клон ІМТ:     {clone.GetBmi()}");

public class PatientRecord
{
    public const int MaxAge = 150;

    public string FullName { get; set; }
    public DateTime BirthDate { get; set; }
    public int RecordId { get; init; }

    private decimal _bmi;
    private string? _notes;

    public PatientRecord(string fullName, DateTime birthDate)
    {
        FullName = fullName;
        BirthDate = birthDate;
    }

    public void SetBmi(decimal bmi) => _bmi = Math.Max(0, bmi);
    public decimal GetBmi() => _bmi;
    public void AddNote(string text) => _notes = text;
    public string GetSummary() => $"Пацієнт: {FullName}, ІМТ: {_bmi:F1}, Нотатка: {_notes}";
}

public static class ObjectCloner<T> where T : class
{
    private static readonly FieldInfo[] Fields = typeof(T)
        .GetFields(BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance)
        .Where(f => !f.IsLiteral)  // пропускаємо const (IsLiteral)
        .ToArray();

    public static T Clone(T source)
    {
        // Створюємо порожній об'єкт без виклику конструктора
        T target = (T)System.Runtime.Serialization.FormatterServices
            .GetUninitializedObject(typeof(T));

        foreach (var field in Fields)
        {
            object? val = field.GetValue(source);

            // init-only (IsInitOnly) — записуємо через поле, а не setter
            // readonly та init-only поля: IsInitOnly=true
            // Для value-типів та рядків shallow copy достатньо
            field.SetValue(target, val);
        }

        return target;
    }

    public static void PrintCopiedFields()
    {
        Console.WriteLine($"\nObjectCloner<{typeof(T).Name}> копіює {Fields.Length} полів:");
        foreach (var f in Fields)
        {
            bool isBacking = f.IsDefined(typeof(CompilerGeneratedAttribute), false);
            bool isReadonly = f.IsInitOnly;
            string tags = string.Join(", ", new[]
            {
                isBacking  ? "backing" : null,
                isReadonly ? "readonly/init" : null,
                f.IsStatic ? "static" : null,
            }.Where(x => x is not null));

            Console.WriteLine($"  {f.FieldType.Name,-15} {f.Name}" +
                              (tags.Length > 0 ? $"  [{tags}]" : ""));
        }
    }
}

ObjectCloner<T> демонструє реальну техніку клонування через рефлексію: FormatterServices.GetUninitializedObject обходить конструктор (критично для init-властивостей, де конструктор може бути незрозумілим), IsLiteral фільтрує const-поля (вони не копіюються, бо належать типу, а не екземпляру), а IsInitOnly документує, що backing-поля init-властивостей все одно записуються через FieldInfo.SetValue — це єдиний легальний спосіб обійти init-обмеження після конструктора.