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教你如何理解C# 项目 csproj 文件格式的本质和编译流程
2018-05-19 11:03:51         来源:walterlv的专栏  
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写了这么多个 C# 项目,是否对项目文件 csproj 有一些了解呢?Visual Studio 是怎么让 csproj 中的内容正确显示出来的呢?更深入的,我能够自己扩展 csproj 的功能吗?

本文将直接从 csproj 文件格式的本质来看以上这些问题。


阅读本文,你将:

可以通读 csproj 文件,并说出其中每一行的含义 可以手工修改 csproj 文件,以实现你希望达到的高级功能(更高级的,可以开始写个工具自动完成这样的工作了) 理解新旧 csproj 文件的差异,不至于写工具解析和修改 csproj 文件的时候出现不兼容的错误

csproj 里面是什么?

总览 csproj 文件

相信你一定见过传统的 csproj 文件格式。就算你几乎从来没主动去看过里面的内容,在版本管理工具中解冲突时也在里面修改过内容。

不管你是新手还是老手,一定都会觉得这么长这么复杂的文件一定不是给人类阅读的。你说的是对的!传统 csproj 文件中有大量的重复或者相似内容,只为 msbuild 和 Visual Studio 能够识别整个项目的属性和结构,以便正确编译项目。

不过,既然这篇文章的目标是理解 csproj 文件格式的本质,那我当然不会把这么复杂的文件内容直接给你去阅读。

我已经将整个文件结构进行了极度简化,然后用思维导图进行了分割。总结成了下图,如果先不关注文件的细节,是不是更容易看懂了呢?

传统的 csproj 文件格式

如果你此前也阅读过我的其他博客,会发现我一直在试图推荐使用新的 csproj 格式:

WPF、UWP 以及其他各种类型的旧样式的 csproj 文件迁移成新样式的 csproj 文件 让一个 csproj 项目指定多个开发框架

那么新格式和旧格式究竟有哪些不同使得新的格式如此简洁?

于是,我将新的 csproj 文件结构也进行简化,用思维导图进行了分割。总结成了下图:

vcyotcQgY3Nwcm9qIM7EvP648cq9" src="/uploadfile/Collfiles/20180519/20180519091844450.png" />

比较两个思维导图之后,是不是发现其实两者本是相同的格式。如果忽略我在文字颜色上做的标记,其实两者的差异几乎只在文件开头是否有一个 xml 文件标记()。我在文字颜色上的标记代表着这部分的部件是否是可选的,白色代表必须,灰色代表可选;而更接近背景色的灰色代表一般情况下都是不需要的。

我把两个思维导图放到一起方便比较:

新旧两种 csproj 文件格式的差异

会发现,传统格式中 xml 声明、Project 节点、Import (props)、PropertyGroup、ItemGroup、Import (targets) 都是必要的,而新格式中只有 Project 节点 和 PropertyGroup 是必要的。

是什么导致了这样的差异?在了解 csproj 文件中各个部件的作用之前,这似乎很难回答。

了解 csproj 中的各个部件的作用

xml 声明部分完全没有在此解释的必要了,为兼容性提供了方便,详见:XML - Wikipedia。

接下来,我们不会依照部件出现的顺序安排描述的顺序,而是按照关注程度排序。

PropertyGroup

PropertyGroup 是用来存放属性的地方,这与它的名字非常契合。那么里面放什么属性呢?答案是——什么都能放!

在这里写属性就像在代码中定义属性或变量一样,只要写了,就会生成一个指定名称的属性。

比如,我们写:


  walterlv is a 逗比

那么,就会生成一个 Foo 属性,值为字符串 walterlv is a 逗比。至于这个属性有什么用,那就不归这里管了。

这些属性的含义完全是由外部来决定的,例如在旧的 csproj 格式中,编译过程中会使用 TargetFrameworkVersion 属性,以确定编译应该使用的 .NET Framework 目标框架的版本(是 v4.5 还是 v4.7)。在新的 csproj 格式中,编译过程会使用 TargetFrameworks 属性来决定编译应该使用的目标框架(是 net47 还是 netstandard2.0)。具体是编译过程中的哪个环节哪个组件使用了此属性,我们后面会说。

从这个角度来说,如果你没有任何地方用到了你定义的属性,那为什么还要定义它呢?是的——这只是浪费。

PropertyGroup 可以定义很多个,里面都可以同等地放属性。至于为什么会定义多个,原因无外乎两个:

为了可读性——将一组相关的属性放在一起,便于阅读和理解意图(旧的 csproj 谈不上什么可读性) 为了加条件——有的属性在 Debug 和 Release 下不一样(例如条件编译符 DefineConstants)

额外说一下,Debug 和 Release 这两个值其实是在某处一个名为 Configuration 的属性定义的,它们其实只是普通的字符串而已,没什么特殊的意义,只是有很多的 PropertyGroup 加上了 Debug Release 的判断条件才使得不同的 Configuration 具有不同的其他属性,最终表现为编译后的巨大差异。由于 Configuration 属性可以放任意字符串,所以甚至可以定义一个非 Debug 和 Release 的配置(例如用于性能专项测试)也是可以的。

ItemGroup

ItemGroup 是用来指定集合的地方,这与它的名字非常契合。那么这集合里面放什么项呢?答案是——什么都能放!

是不是觉得这句话跟前面的 PropertyGroup 句式一模一样?是的——就是一模一样!csproj 中的两个大头都这样不带语义,几乎可以说明 csproj 文件是不包含语义的,它能够用来做什么事情纯属由其他模块来指定;这为 csproj 文件强大的扩展性提供了格式基础。

既然什么都能放,那我们放这些吧:


  walterlv is a 逗比
  walterlv is a 天才
  天才向左,逗比向右
  逗比属性额外加成

于是我们就有 4 个类型为 Foo 的项了,至于这 4 个 Foo 项有什么作用,那就不归这里管了。

这些项的含义与 PropertyGroup 一样也是由外部来决定。具体是哪个外部,我们稍后会说。但是我们依然有一些常见的项可以先介绍介绍:

Reference 引用某个程序集 PackageReference 引用某个 NuGet 包 ProjectReference 引用某个项目 Compile 常规的 C# 编译 None 没啥特别的编译选项,就为了执行一些通用的操作(或者是只是为了在 Visual Studio 列表中能够有一个显示) Folder 一个空的文件夹,也没啥用(不过标了这个文件夹,Visual Studio 中就能有一个文件夹的显式,即便实际上这个文件夹可能不存在)

ItemGroup 也可以放很多组,一样是为了提升可读性或者增加条件。

Import

你应该注意到在前面的思维导图中,无论是新 csproj 还是旧 csproj 文件,我都写了两个 Import 节点。其实它们本质上是完全一样的,只不过在含义上有不同。前面我们了解到 csproj 文件致力于脱离语义,所以分开两个地方写几乎只是为了可读性考虑。

那么前面那个 Import 和后面的 Import 在含义上有何区别?思维导图的括号中我已说明了含义。前面是为了导入属性(props),后面是为了导入 Targets。属性就是前面 PropertyGroup 中说的那些属性和 ItemGroup 里说的那些项;而 Targets 是新东西,这才是真正用来定义编译流程的关键,由于 Targets 是所有节点里面最复杂的部分,所以我们放到最后再说。

那么,被我们 Import 进来的那些文件是什么呢?用两种扩展名,定义属性的那一种是 .props,定义行为的那一种是 .targets。

这两种文件除了含义不同以外,内容的格式都是完全一样的——而且——就是 csproj 文件的那种格式!没错,也包含 Project、Import、PropertyGroup、ItemGroup、Targets。只不过,相比于对完整性有要求的 csproj 文件来说,这里可以省略更多的节点。由于有 Import 的存在,所以一层一层地嵌套 props 或者 targets 都是可能的。

说了这么多,让我们来看其中两个 .props 文件吧。

先看看旧格式 csproj 文件中第一行一定会 Import 的那个 Microsoft.Common.props。



  
    true
    true
    true
    true
    true
  

文件太长,做了大量删减,但也可以看到文件格式与 csproj 几乎是一样的。此文件中,根据其他属性的值有条件地定义了另一些属性。

再看看另一个 MSTest 单元测试项目中被隐式 Import 进 csproj 文件中的 .props 文件。(所谓隐式地 Import,只不过是被间接地引入,在 csproj 文件中看不到这个文件名而已。至于如何间接引入,因为涉及到 Targets,所以后面一起说明。



  
    Microsoft.VisualStudio.TestPlatform.MSTest.TestAdapter.dll
      PreserveNewest
      False
    
    Microsoft.VisualStudio.TestPlatform.MSTestAdapter.PlatformServices.Interface.dll
      PreserveNewest
      False
    
  Microsoft.VisualStudio.TestPlatform.MSTestAdapter.PlatformServices.dll
      PreserveNewest
      False
    
  

此文件中将三个 dll 文件从 MSTest 的 NuGet 包中以链接的形式包含到项目中,并且此文件在 Visual Studio 的解决方案列表中不可见。

可以看出,引入的 props 文件可以实现几乎与 csproj 文件中一样的功能。

那么,既然 csproj 文件中可以完全实现这样的功能,为何还要单独用 props 文件来存放呢?原因显而易见了——为了在多个项目中使用,一处更新,到处生效。所以有没有觉得很好玩——如果把版本号单独放到 props 文件中,就能做到一处更新版本号,到处更新版本号啦!

Target

终于开始说 Target 了。为什么会这么期待呢?因为前面埋下的各种伏笔几乎都要在这一节点得到解释了。

我啥时候说有伏笔了?

一般来说,Target 节点写在 csproj 文件的末尾,但这个并不是强制的。Targets 是一种非常强大的功能扩展方式,支持 msbuild 预定义的一些指令,支持命令行,甚至支持使用 C# 直接编写(当然编译成 dll 会更方便些),还支持这些的排列组合和顺序安排。而我们实质上的编译过程便全部由这些 Targets 来完成。我们甚至可以直接说——编译过程就是靠这些 Target 的组合来完成的

如果你希望全面了解 Targets,推荐直接阅读微软的官方文档 MSBuild Targets,而本文只会对其进行一些简单的概述。当然如果你非常感兴趣,还可以阅读我另外几篇关于 Target 使用相关的文章:

如何创建一个基于命令行工具的跨平台的 NuGet 工具包 - 吕毅 如何创建一个基于 MSBuild Task 的跨平台的 NuGet 工具包 - 吕毅 每次都要重新编译?太慢!让跨平台的 MSBuild/dotnet build 的 Target 支持差量编译 - 吕毅 如何最快速地将旧的 NuGet 包 (2.x, packages.config) 升级成新的 NuGet 包 (4.x, PackageReference) - 吕毅

不过,为了简单地理解 Target,我依然需要借用官方文档的例子作为开头。


  

这份代码定义了一个名为 Construct 的 Target,这是随意取的一个名字,并不重要——但是编译过程中会执行这个 Target。在这个 Target 内部,使用了一个 msbuild 自带的名为 Csc 的 Task。这里我们再次引入了一个新的概念 Task。而 Task 是 Target 内部真正完成逻辑性任务的核心;或者说 Target 其实只是一种容器,本身并不包含编译逻辑,但它的内部可以存放 Task 来实现编译逻辑。一个 Target 内可以放多个 Task,不止如此,还能放 PropertyGroup 和 ItemGroup,不过这是仅在编译期生效的属性和项了。

@(Compile) 是 ItemGroup 中所有 Compile 类型节点的集合。还记得我们在 ItemGroup 小节时说到每一种 Item 的含义由外部定义吗?是的,就是在这里定义的!本身并没有什么含义,但它们作为参数传入到了具体的 Task 之后便有了此 Task 指定的含义。

于是 的含义便是调用 msbuild 内置的 C# 编译器编译所有 Compile 类型的项。

如果后面定义了一个跟此名称一样的 Target,那么后一个 Target 就会覆盖前一个 Target,导致前一个 Target 失效。

再次回到传统的 csproj 文件上来,每一个传统格式的 csproj 都有这样一行:

而引入的这份 .targets 文件便包含了 msbuild 定义的各种核心编译任务。只要引入了这个 .targets 文件,便能使用 msbuild 自带的编译任务完成绝大多数项目的编译。你可以自己去查看此文件中的内容,相信有以上 Target 的简单介绍,应该能大致理解其完成编译的流程。这是我的地址:C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2017\Community\MSBuild\15.0\Bin\Microsoft.CSharp.targets。

Project

所有的 csproj 文件都是以 Project 节点为根节点。既然是根节点为何我会在最后才说 Project 呢?因为这可是一个大悬念啊!本文一开始就描述了新旧两款 csproj 文件格式的差异,你也能从我的多篇博客中感受到新格式带来的各种好处;而简洁便是新格式中最大的好处之一。它是怎么做到简洁的呢?

就靠 Project 节点了。

注意到新格式中 Project 节点有 Sdk 属性吗?因为有此属性的存在,csproj 文件才能如此简洁。因为——所谓 Sdk,其实是一大波 .targets 文件的集合。它帮我们导入了公共的属性、公共的编译任务,还帮我们自动将项目文件夹下所有的 **\*.cs 文件都作为 ItemGroup 的项引入进来。

如果你希望看看 Microsoft.NET.Sdk 都引入了哪些文件,可以去本机安装的 msbuild 或 dotnet 的目录下查看。当我使用 msbuild 编译时,我的地址:C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.200\Sdks\Microsoft.NET.Sdk\build\。比如你可以从此文件夹里的 Microsoft.NET.GenerateAssemblyInfo.targets 文件中发现 AssemblyInfo.cs 文件是如何自动生成及生效的。

编译器是如何将这些零散的部件组织起来的?

这里说的编译器几乎只指 msbuild 和 Roslyn,前者基于 .NET Framework,后者基于 .NET Core。不过,它们在处理我们的项目文件时的行为大多是一致的——至少对于通常项目来说如此。

我们前一部分介绍每个部件的时候,已经简单说了其组织方式,这里我们进行一个回顾和总结。

当 Visual Studio 打开项目时,它会解析里面所有的 Import 节点,确认应该引入的 .props 和 .targets 文件都引入了。随后根据 PropertyGroup 里面设置的属性正确显示属性面板中的状态,根据 ItemGroup 中的项正确显示解决方案管理器中的引用列表、文件列表。——这只是 Visual Studio 做的事情。

在编译时,msbuild 或 Roslyn 还会重新做一遍上面的事情——毕竟这两个才是真正的编译器,可不是 Visual Studio 的一部分啊。随后,执行编译过程。它们会按照 Target 指定的先后顺序来安排不同 Target 的执行,当执行完所有的 Target,便完成了编译过程。

新旧 csproj 在编译过程上有什么差异?

相信读完前面两个部分之后,你应该已经了解到在格式本身上,新旧格式之间其实并没有什么差异。或者更严格来说,差异只有一条——新格式在 Project 上指定了 Sdk。真正造成新旧格式在行为上的差别来源于默认为我们项目 Import 进来的那些 .props 和 .targets 不同。新格式通过 Microsoft.NET.Sdk 为我们导入了更现代化的 .props 和 .targets,而旧格式需要考虑到兼容性压力,只能引入旧的那些 .targets。

新的 Microsoft.NET.Sdk 以不兼容的方式支持了各种新属性,例如新的 TargetFrameworks 代替旧的 TargetFrameworkVersion,使得我们的 C# 项目可以脱离 .NET Framework,引入其他各种各样的目标框架,例如 netstandard2.0、net472、uap10.0 等(可以参考 从以前的项目格式迁移到 VS2017 新项目格式 - 林德熙)了解可以使用那些目标框架。

新的 Microsoft.NET.Sdk 以不兼容的方式原生支持了 NuGet 包管理。也就是说我们可以在不修改 csproj 的情况之下通过 NuGet 包来扩展 csproj 的功能。而旧的格式需要在 csproj 文件的末尾添加如下代码才可以获得其中一个 NuGet 包功能的支持:



  
    This project references NuGet package(s) that are missing on this computer. Use NuGet Package Restore to download them.  For more information, see http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkID=322105. The missing file is {0}.
  
  

不过好在 NuGet 4.x 以上版本在安装 NuGet 包时自动为我们在 csproj 中插入了以上代码。

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