CLR 基础-运行时的相互关系

CLR 基础-运行时的相互关系

 

解释类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系。本文内容都是来自《CLR via C#》，这里只是做整理和梳理知识。

 

1 所有类型都从System.Object派生

 

所有类型最终都从System.Object 派生，所以每个类型的每个对象都保证了一组最基本的方法。

 

system.object的公共方法

 

    1 Equals

    2 GetHashCode

    3 ToString

    4 GetType

 

system.object的受保护方法

    

    MemberwiseClone：这个非虚方法创建类型的新实例，并将新对象的实例字段与this 对象的实例字段完全一致。返回对新实例的引用。

    Finalize：在垃圾回收器判断对象应该作为垃圾被回收之后，在对象的内存被实际回收之前，会调用这个虚方法。

 

 

CLR要求所有对象都用new 操作符来创建，以下是new 操作符所做的事情。

1.  计算类型及其所有基类型（一直到System.Object）中定义的所有实例字段需要的字节数。堆上每对象都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。
2. 从托管堆中分配类型要求的字节数，从而分配对象的内存，分配的所有字节都设为零。
3. 初始化对象的“类型对象指针”和“同步块索引”成员。
4. 调用类型的实例构造器，传递在new调用中指定的参数。

 

 

2 类型转换

 

CLR最终要的特性之一就是类型安全。运行时，CLR总是知道对象是什么类型。因为GetType方法不是虚方法，一个类型不可能重写GetType返回一个其他类型。

 

• 一个对象转换为它的基类是可以隐式的转换，
• 然而将对象转换为它的某个派生类时，C#要求开发人员只能显示转换。

 

 

3 is 和 as 操作符来转型

 

is 操作符：

• is 检查对象是否兼容于指定类型，返回 Boolean 值 true 或 false。
• 注意，is 操作符永远不跑出异常。
• 如果对象引用 null，is 操作符总是返回 false，因为没有可检查其类型的对象。

 

 

as 操作符：

如下代码所示：CLR 核实 o 是否兼容于 Employee 类型。

• 如果是，as 返回非null 引用。
• 如果 o不兼容于 Employee 类型，as 返回 null。
• 注意：as 操作符只校验一次对象类型，if 只检查 e 是否为null。

 

 

4 运行时的相互关系

 

解释类型、对象、线程栈、和托管堆在运行时的相互关系。此外，还将解释调用静态方法，实例方法和虚方法的区别。

 

如下图展示了已加载 CLR 的一个Windows 进程。该进程可能有多个线程。线程在创建时会得到1MB 的栈，方法的参数和方法内部的局部变量都在这个栈上。现在，假定线程执行的代码要掉调用 M1 方法。

 

 

最简单的方法包含“序幕”代码，在方法开始工作前对其进行初始化；还包含“尾声”代码，在方法做完工作的时候进行清理。M1方法的序幕代码，在线程栈上分配局部变量 name 的内存。

 

 

 

 

然后，M1 调用 M2 方法，将局部变量 name 作为实参传递。M2 方法内部使用参数变量 s 标识栈位置。调用方法时还会将“返回地址”压入栈。

 

 

M2 方法的序幕代码在线程栈中为局部变量 length 和 tally 分配内存。最终，M2 抵达它的return 语句，造成 CPU 的指令指针被设置成栈中的返回地址。M2 的栈帧unwind，恢复成tu 4-3 的样子。之后，M1 继续执行M2 调用之后的代码，M1 的栈帧将准确反映 M1 的状态。

 

 

 

现在，让我们围绕CLR 来调整一下讨论。假定有以下两个类型定义：

 

Windows 进程已经启动，CLR已加载到其中，托管堆已初始化，而且已创建一个线程。线程已执行了一些代码，马上就要调用M3 方法。如图4-6 展示目前状态。M3 方法包含的代码将演示 CLR 如何工作.

 

JIT编译器将M3 的IL代码转换成本机CPU 指令时，会注意到M3 内部引用的所有类型。这时CLR 要确认定义了这些类型的所有程序集都已经加载。然后利用这些元数据，CLR提取与这些类型有关的信息，创建一些数据结构表示类型本身。

图4-7 展示了为 Employee 和 Manager 类型对象使用的数据结构。 定义类型时，可在类型内部定义静态数据字段。为这些静态数据字段提供支援的字节在类型对象自身中分配。

当CLR 确认方法需要的所有类型对象都已创建，M3 的代码已经编译之后，就允许线程执行M3 的本机代码。M3 的序幕代码执行时必须在线程栈中为局部变量分配内存。