new,is和as运算符解析及运行时类型,对象,线程堆栈,托管堆之间的联系

2021-11-11 09:24:51

CLR要求对象必须使用new运算符创建，在使用new运算符创建一个对象时具体都做了些什么呢？

1.计算所有定义的实例字段，所有的基类型包括System.Object需要分配的字节数。

每一个堆上的对象还需要两个额外的成员：类型对象指针 和同步块索引，CLR使用它们来管理对象。它们两个需要的字节数算在对象的大小里面。

2.从托管堆分配对象需要的字节数(也就是给对象分配内存)。所有的字节置为0

3.初始化类型对象指针 和同步块索引

4.调用实例构造器。大多数编译器自动生成调用基类构造器的代码。最终会调用Sytem.Object的构造器，这个构造器方法什么也不做，只是return。

在new执行完上面的操作以后，返回一个新创建的对象的引用，这个引用保存在实例对象变量里。如：A a=new A(); 保存在变量a里。

is和as运算符

//o是一个Object对象    Employee是一个类
if(o is Employee)
{
     Employee e=(Employee)o;
     ...
}

上面的代码是关于is非常典型的应用，这里CLR会进行两次类型 检查：①is运算符检查 ②执行强转的时候检查。CLR的类型检查提高了安全性，同时也会消耗一部分性能。C#提供了as运算符来简化代码并且改善性能。

Employee  e=o as Employee;
if(e!=null)
{
    //...
}

这里CLR会检查o的类型是否兼容Employee，如果兼容则返回Employee对象的引用，否则返回null。这里只执行了一次类型检查。

运行时类型,对象,线程堆栈,托管堆之间的联系

当创建一个线程时，会分配1M的堆栈空间，用来向方法传递参数以及存放定义在方法里面的局部变量。堆栈的建造是从高位内存地址向地位内存地址进行。下面演示一个线程执行调用M1方法的过程：

M1方法执行时，首先会在堆栈上为name变量分配内存：

接着M1调用M2方法，将name局部变量作为参数参数传递，name变量的地址进栈：

接着会执行M2方法，首先还是给length和tally两个局部变量从堆栈上分配内存：

M2执行到return语句，返回到M1，继续执行。

调用静态方法，实例方法以及虚方法之间的不同

internal  class Employee  
{  
     public          Int32     GetYearsEmployed()     { ...  }  
     public  virtual String     GetProgressReport()  { ...  }  
     public  static   Employee   Lookup(String  name)  { ...  }  
}  
 
internal  sealed  class Manager : Employee  
{  
     public  override  String     GetProgressReport()  { ...  }  
}

加入代码接着调用M3方法，M3方法包含的代码阐释了CLR的运行原理(一般可能不这样写代码)

上图展示CLR载入到进程，托管堆初始化。

当JIT编译器将M3的IL代码编译为本地CPU指令时，CLR会保证定义这些类型的程序集加载。使用程序集的元数据，CLR这些类型的信息并创建一些数据结构来呈现类型本身。关于Employee和Manager类型展示如下：

(Int32和String是常用的类型，这里没有展示）

1.在定义一个类型时，可以定义一个静态数据字段，存放类型对象本身的内存分配的字节数。每一个类型对象里面是一个包含每个方法入口的方法表，这里的Employee定义了GetYearsEmployed , GetProgressReport, 和Lookup三个方法，所以在Employee的方法表里面有三个入口。在CLR确定了所有的方法被创建并编译之后，线程开始执行M3的CPU指令。同样，这里会为M3方法的局部变量分配内存，（初值为0或null）。

2.接着M3执行构造器创建Manager对象，

3.接着执行下面的代码，M3调用静态方法Lookup。当调用静态方法时，JIT编译器会定位到跟定义静态方法相对应的类型对象。然后，JIT编译器定位到方法表的入口处。Lookup方法在堆上构造了一个Manager对象并且返回该对象的地址。保存在变量e中，此时e不再指向开始new出来的那个Manager对象，开始的Manager对象已经没有变量引用它。在未来某个时候GC会对它进行回收。

4.接着M3调用非虚方法的实例方法GetYearsEmployed，CLR会定位到与变量e类型一致的对象。（如果Employee没有定义该方法，JIT编译器会向上一层层查找直到Object。）

然后JIT编译器定位到对象的方法表，这里可以看出相对于静态方法多了一步定位。编译该方法(如果之前没有编译过)，调用编译后的代码。

5.接着M3调用虚方法实例方法GetProgressReport，调用时，JIT会生成一些额外的代码，这些代码在每一次方法调用时都会执行，它会首先会查找发起调用的变量，然后跟随地址来调用对象。这里的e变量执行了Manager对象，生成的额外的代码会检查对象内部的类型对象指针，该指针成员引用了实际的对象的类型。然后定位到对象的方法表，接着编译。

注 《CLR via C#》(Jeffrey Richter著)——.NET 界的经典之作，读的过程写点笔记跟大家分享，我也推荐大家看英文版,能够直接领会原意

本文转自Rt-张雪飞博客园博客，原文链接http://www.cnblogs.com/mszhangxuefei/archive/2012/07/24/clrnotes-4.html如需转载请自行联系原作者

张雪飞

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