CLR-via-CSharp-02 第4章类型基础

所有类型都从System.Object派生

System.Object的几个方法

运行时要求每个类型最终都从System.Object类型派生。

System.Object提供了4个public实例方法：

Equals
GetHashCode 当某个类型的对象要在哈希表集合汇总作为key使用，就应该重写这个方法
ToString 默认返回类型的完整名称(this.GetType().FullName)
GetType 是一个非虚方法，这是为了避免类重写该方法

同时，System.Object还有2个protected方法：

MemberwiseClone 非虚方法，创建于this对象的实例完全一致的实例（浅复制），并返回新实例的引用
Finalize 虚方法，在GC的时候，回收该实例之前，会被调用

new操作符

CLR要求所有对象都用new操作符创建。当使用new操作符时，CLR做了以下事情：

计算类型及其所有基类中定义的所有实例字段需要的字节数，除了实例字段以外，还要计算一些额外的成员（overhead成员），包括类型对象指针和同步块索引。
从托管堆中分配类型要求的字节数，从而分配对象的内存。
初始化对象的类型对象指针和同步块索引
调用类型的实例构造器(.ctor)

new执行了所有以上操作之后，返回一个引用。

类型转换

推荐使用is和as来判断类型转换是否可行，以及转换类型。

CLR允许将对象转换为它的实际类型或者它的任何基类类型。

当一个对象要转换成基类类型时，可以隐式转换，但是如果开发者想要把基类转成派生类，就一定要显式转换。

命名空间和程序集

命名空间的作用在于逻辑分组，类似于Java中的包名。

使用using关键字可以让程序员少打很多字。当编辑器在查找一个类型的时候，会现在源代码或者引用的任何程序集（通过/reference编辑器开关实现）中找指定名称的类型，找不到后就会把using的命名空间加到类型名字前边。

CLR对命名空间一无所知，访问一个类型的时候，CLR需要知道的是类的完整名称（命名空间+类名）。

歧义

在不同的命名空间定义了同一个名称的类型，又在使用的时候分别using了这几个命名空间，那么使用这个类的时候就要打入全称。

命名空间别名

1	using WintellectWidget = Wintellect.Widget;

可以只引入命名空间中部分类，且赋予其别称。

命名空间与程序集的关系

同一个命名空间中的类型可能在不同程序集中实现，例如System.IO.FileStream在MSCorLib.dll程序集中实现，而System.IO.FileSystemWatcher类型在System.dll程序集中实现。

当然反过来，一个程序集可以定义多个命名空间。

查询api文档的时候能够查到类型所在的程序集。

运行时的相互关系

本节探讨类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系，并解释静态方法、实例方法和虚方法的区别。

一个方法运行时线程栈的情况

这里以一个例子来做说明。

下图展示了已加载CLR的一个Windows进程。一个进程可能有多个线程，每个线程创建时会分配到1MB的空间。栈空间用于向方法传递实参，方法内部定义的局部函数变量也在栈上。栈从高位内存向低位内存构建。下图中的阴影部分是一些已执行过的代码使用的数据（可无视）。假定线程即将执行M1方法。

序幕(prologue)代码在方法开始做工作之前对其进行初始化，M1方法执行时，它的序幕代码在线程栈上分配局部变量name。之后栈上的情况如下图：

接着，M1调用M2方法，这需要把局部变量name作为实参传递——把name局部变量中的地址压入栈。除了实参之外，调用方法的时候还会把返回地址压入栈，以便在M2执行完之后继续M1的工作。如下图：

这之后M2的序幕代码运行，在线程栈中分配length和tally的内存，然后执行M2的内部代码。

执行完M2的内部代码之后，CPU的指令指针被设置成栈中的返回地址，M2的栈帧（可以简单地理解M2所占用的栈空间）被unwind（反绑，展开），恢复成4-2的样子。

然后M1继续执行。

栈帧执行线程的过程中，进行的每个方法调用都会在调用栈中创建并压入一个StackFrame。

Explain the concept of a stack frame in a nutshellIf I remember correctly, the function return address is pushed onto the stack first, then the arguments and space for local variables. Together, they make the “frame,” although this is likely architecture-dependent. The processor knows how many bytes are in each frame and moves the stack pointer accordingly as frames are pushed and popped off the stack.

unwind意味着当一个方法执行完毕的时候把这个方法在栈上的数据都pop掉。

方法、虚方法、静态方法

假设有代码：

internal class Employee
{
    public Int32 GetYearEmployed() {...}
    public virtual string GetProgressReport() {...}
    public static Employee Lookup(string name) {...}
}

internal sealed class Manager : Employee
{
    public override string GetProgressReport() {...}
}

现在我们要执行M3方法，来观察线程栈和托管堆的情况。

void M3()
{
    Employee e;
    int32 year;
    e = new Manager();
    e = Employee.Lookup("xxx");
    year = e.GetYearsEmployed();
    e.GetProgressReport();
}

初始状态如下图

JIT编译器在将M3的IL代码转成本机CPU指令时，会注意到M3内部饮用到的所有类型，CLR要确保定义了这些类型的程序集都已经被加载。

由于int32和string对象是很常用的，我们可以假定它们在执行M3之前已经被加载了。

下图中xxx类型对象在的位置应该是加载堆(Load Heap)，不是GC堆。在M3执行之前就要保证这些类型对象都已经被加载好。

接下来开始执行M3，首先CLR会调用序幕代码，把局部变量初始化为null或0。注意这里是隐式初始化。如果后面的代码视图访问尚未显示初始化的局部变量，C#会报错：使用了未赋值的局部对象。
在运行时，CLR总是知道对象的类型是什么——通过调用GetType就可以知道对象的确切类型。

图4-7中分配了局部变量。

之后调用了一个new，造成了对象的生成，如图4-8。

接下来调用了静态方法，返回一个Manager对象。

然后调用了一个非虚方法GetYearsEmployed。调用非虚实例方法时，JIT编译器找到与发出调用的那个类型(Employee持有了该对象，因故这里就是Employee)对应的类型对象，来找这个方法。如果在本类型对象中找不到该方法，就一路回溯基类，直到找到该方法。在该类型对象的方发表中查找该方法的记录项，对其进行JIT编译吗，然后运行，最后把结果返回到局部变量year中。

接下来是重点了，代码调用了一个虚实例方法GetProgressReport。首先会在Manager对象的类型对象指针所指向的Manager类型对象中直接查找虚方法的新实现。

类型对象

类型对象的类型都是System.Type。CLR开始在一个进程中运行时，会立即为MSCorLib.dll中定义的System.Type类型创建一个特殊的类型对象。任何类型对象都是System.Type的实例，因此上面例子提到的Employee和Manager类型对象的类型对象指针会指向Type类型对象。

另外，这个特殊的Type类型的类型对象的类型指针对象，指向自身。

我们调用GetType方法，返回的都是对象的真实类型。

用自己的话总结一下上面的道理

假设有一个类Person

public class Person
{
    private string _name;
    public string GetName
    {
        return _name;
    }
}

当我们new出一个person实例之后，内存里是这样的：

Person e指向了GC堆中的Person对象。Person对象中的类型对象指针指向了Person类型对象（Person类型对象如字面上理解，本身也是个对象，它的类型是Type）。Person类型对象又指向了Type类型对象，这是一个特殊的类型对象，它的类型对象指针指向自己。