《CLR via C#》Chapter4 类型基础

发表于 2023-01-25 更新于 2025-01-27 分类于计算机科学，编程语言， C# 阅读次数：本文字数： 1.6k 阅读时长 ≈ 6 分钟

第四章类型基础

4.1 所有类型都从System.Object派生

GetHashCode() 与 Equals()

如果对象要在哈希表集合中用作键使用，那么应该重写GetHashCode方法；如果两个对象具有相同的值，那么Equals应该返回true。

Object类的Equals和GetHashCode具体实现都是internalcall，由CLR实现，Equals源码实现可参考以下：

// https://stackoverflow.com/questions/384294/where-is-the-implementation-of-internalequalsobject-obja-object-objb
// sscli20/clr/src/vm/comobject.cpp
// 不过这份实现很老了，简单参考即可

FCIMPL2(FC_BOOL_RET, ObjectNative::Equals, Object *pThisRef, Object *pCompareRef)
{
    CONTRACTL
    {
        THROWS;
        DISABLED(GC_NOTRIGGER);
        INJECT_FAULT(FCThrow(kOutOfMemoryException););
        MODE_COOPERATIVE;
        SO_TOLERANT;          
    }
    CONTRACTL_END;

    if (pThisRef == pCompareRef) // 同一个引用类型对象实例
        FC_RETURN_BOOL(TRUE);

    // Since we are in FCALL, we must handle NULL specially.
    if (pThisRef == NULL || pCompareRef == NULL)
         FC_RETURN_BOOL(FALSE);

    MethodTable *pThisMT = pThisRef->GetMethodTable();

    // If it's not a value class, don't compare by value, <- 只有值类型的对象才进行值比较
    if (!pThisMT->IsValueClass()) // 不同的引用类型对象，在这里结束，返回False
         FC_RETURN_BOOL(FALSE);

    // Make sure they are the same type.
    if (pThisMT != pCompareRef->GetMethodTable())
        FC_RETURN_BOOL(FALSE);

    // Compare the contents (size - vtable - sink block index).
    BOOL ret = memcmp(
        (void *) (pThisRef+1), 
        (void *) (pCompareRef+1), 
        pThisRef->GetMethodTable()->GetBaseSize() - sizeof(Object) - sizeof(int)) == 0;

    FC_GC_POLL_RET();

    FC_RETURN_BOOL(ret);
}
FCIMPLEND

new操作符会做什么

所有对象都用new操作符创建，new操作会做的事情有：

计算类型及其所有基类型定义的所有实例字段（即非静态字段）需要的字节数。堆上的每个对象需要一些额外的成员，包括类型对象指针（type object pointer）和同步块索引（sync block index），CLR利用这些成员管理对象，额外成员的字节数也计入兑现大小
从托管堆中分配需求的字节数，分配的所有字节设为0
初始化对象的类型对象指针和同步块索引成员
调用类型的实例构造器，调用System.Object的构造器（此构造器什么都不做，简单返回）

4.2 类型转换

类型安全是CLR最重要的特性之一，运行时CLR总是知道对象的类型是什么

类型伪装是许多安全漏洞的根源，它还会破坏应用程序的稳定性和健壮性。因此，类型安全是CLR极其重要的一个特点。

C#不要求特殊语法即可将对象转换为它的基类型，因为向基类型的转换被认为是安全隐式转换。然而转换为它的派生类型时，C#要求开发人员只能进行显示转换，因为转换可能在运行时失败。

注意，命名空间和程序集不一定相关。同一个命名空间中的类型可能在不同程序集中实现，同一个程序集也可能包含不同命名空间中的类型。

4.4 运行时的相互关系

[复习][计算机组成原理] 当每个线程创建完成后都被分配一定大小的栈空间，用于存放局部变量，方法间传递参数，栈空间从高地址向低地址增长。方法调用时，参数，以及被调用方法结束时的返回地址会被压入栈中

类型对象

前面提到每个堆上的对象都包括了类型对象指针（Type object ptr）和同步块索引（sync block index），类型对象（type object，即每个类型唯一的对象/实例）也是一样的

定义类型的静态成员时，用于存放这些静态内容的所有字节就存放在类型对象中

每个类型对象中还存放了方法表，方法表里记录了类型每一个方法的入口，需要补充的是这里并不区分静态方法和非静态方法。可以看到对于子类，方法表中仅有重写（override）了的方法。

CLR会在方法执行前保证该方法依赖的所有类对象均已创建完毕（但是对于非JIT是否也是方法执行前创建，这个需要确认下）

类型实例的创建与方法调用

[解惑] CLR会自动将局部变量赋值为null或0，但编译器会将“对未赋值局部变量的使用”进行报错处理

举例示例中的Manager对象，分配在堆上，同样拥有类型对象指针（Type object ptr）和同步块索引（sync block index），除此之外还有用于存放所有非静态字段/实例字段（instance data fields）的许多字节，这些字段当然包含了基类定义的字段

最后new操作符会返回Manager对象在堆上的内存地址，存放在局部变量e中（e分配在栈上）

静态方法的调用

当调用一个类型的静态方法时，CLR先根据类型找到类型对象，再从类型对象的方法表中找到对应的方法进行调用。

非静态方法的调用

当调用一个非虚方法（nonvirtual）时，CLR（原文为JIT Compiler）将会直接根据变量的类型定位到对应类型的类型对象；如果在方法表中没有找到这个方法，CLR将会查看类型继承结构直到Object来寻找这个方法。每个类型对象都有一个字段指向它的基类，此内容并没有绘制到图中。

当调用一个虚方法时（virtual），会多执行一些代码：根据变量的类型对象指针找到对象的准确类型，并在此类型对象的方法表中查找方法入口。

值得一提的是，对于上述Manager和Employee两个类型对象，它们的类型对象指针也是在初始化时赋值的，它们的类型是System.Type，所以它们的类型对象指针指向的就是System.Type这个类型的类型对象。

而System.Type类型对象的类型对象指针指向它自己，毕竟这个对象也是一个System.Type类型的实例，结构如下图。

最后回顾并复习一下，使用System.Object的GetType()方法可以返回存储在类型对象指针成员中的内容，从而确定任意对象的确切类型。

第四章 类型基础