NET框架之中领悟CLHighlander怎么样创造运转时对象

by admin on 2019年8月8日

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿发表日期: 9/19/二〇〇六
原稿已经被 Microsoft
删除了,搜聚进程中窥见众多稿子图都不全,那是因为原来的小说的图都不全,所以特搜聚完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 指标布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 措施表布局。
  • 格局分派(Method dispatching)。

因为国有语言运转时(CL途乐)就要成为在Windows上创制应用程序的主演级基础架构,
多精晓点关于CLEnclave的深浅认知会扶助您构建急迅的, 工业级健壮的选用程序.
在那篇小说中, 大家会浏览,考察CL揽胜的内在精神, 包罗对象实例布局,
方法表的布局, 方法分派, 基于接口的分担, 和美妙绝伦标多少结构.

作者们会使用由C#写成的特别轻松的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式援用都以以C#言语为目的的.
研讨的部分数据结商谈算法会在Microsoft® .NET Framework 2.0中改动,
不过超过半数的概念是不会变的. 我们会选择Visual Studio® .NET 2004Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数额结构.
SOS能够驾驭CL牧马人内部的数据结构, 能够dump出有用的音信. 通篇,
大家商谈谈在Shared Source CLI(SSCLI)中保有相关落到实处的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会援助你在搜求一些结构的时候到SSCLI中的新闻.

ITEM SSCLI PATH
AppDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
AppDomainStringLiteralMap sscliclrsrcvmstringliteralmap.h
BaseDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
ClassLoader sscliclrsrcvmclsload.hpp
EEClass sscliclrsrcvmclass.h
FieldDescs sscliclrsrcvmfield.h
GCHeap sscliclrsrcvmgc.h
GlobalStringLiteralMap sscliclrsrcvmstringliteralmap.h
HandleTable sscliclrsrcvmhandletable.h
InterfaceVTableMapMgr sscliclrsrcvmappdomain.hpp
Large Object Heap sscliclrsrcvmgc.h
LayoutKind sscliclrsrcbclsystemruntimeinteropserviceslayoutkind.cs
LoaderHeaps sscliclrsrcincutilcode.h
MethodDescs sscliclrsrcvmmethod.hpp
MethodTables sscliclrsrcvmclass.h
OBJECTREF sscliclrsrcvmtypehandle.h
SecurityContext sscliclrsrcvmsecurity.h
SecurityDescriptor sscliclrsrcvmsecurity.h
SharedDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
StructLayoutAttribute sscliclrsrcbclsystemruntimeinteropservicesattributes.cs
SyncTableEntry sscliclrsrcvmsyncblk.h
System namespace sscliclrsrcbclsystem
SystemDomain sscliclrsrcvmappdomain.hpp
TypeHandle sscliclrsrcvmtypehandle.h

在我们初步前,请稳重:本文提供的音讯只对在X86平台上运营的.NET Framework
1.1立竿见影(对于Shared Source CLI
1.0也很多适用,只是在少数交互操作的情事下必须小心例外),对于.NET
Framework
2.0会有改变,所以请不要在创设软件时信赖于那个内部结构的不改变性。

CL智跑运维程序(Bootstrap)创设的域

在CLRubicon实践托管代码的第一行代码前,会成立四个使用程序域。当中七个对于托管代码以致CLXC90宿主程序(CLR
hosts)都以不可见的。它们只好由CL传祺运营进度成立,而提供CLENCORE运维进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,那几个域是系统域(System Domain)和分享域(Shared
Domain),都是选取了单件(Singleton)情势。第一个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是八个AppDomain的实例,也是当世无双的有命名的域。对于简易的CLLX570宿主程序,举个例子调节台程序,暗中认可的域名由可试行映象文件的名字组成。其它的域能够在托管代码中利用AppDomain.CreateDomain方法创制,只怕在非托管的代码中选用ICO奥迪Q7RuntimeHost接口创设。复杂的宿主程序,比如ASP.NET,对于特定的网址会依照料用程序的多少创制多个域。

图 2 由CLOdyssey运营程序创立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域负担创立和伊始化分享域和暗中同意使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入分享域,而且珍重进度范围之中采纳的盈盈只怕显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
1.第11中学的多少个优化性情,它的拍卖方法显得略微昏头转向,因为CLEvoque未有给程序集机遇选拔此特性。尽管如此,由于在颇具的利用程序域中对一个特定的暗记只保留一个一唱一和的字符串,此天性能够节约内部存款和储蓄器空间。

系统域还负担爆发进度范围的接口ID,并用来创建每一种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在经过中保证追踪全体域,并促成加载和卸载应用程序域的职能。

共享域(Shared Domain)

享有不属于别的特定域的代码被加载到系统库SharedDomain.Mscorlib,对于有所应用程序域的用户代码都是必备的。它会被自动加载到分享域中。系统命名空间的中坚项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL中华V运维程序进度中被优先加载到本域中。用户代码也可以被加载到那么些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时使用由CLMurano宿主程序钦命的LoaderOptimization本性。调整台程序也足以加载代码到分享域中,方法是使用System.LoaderOptimizationAttribute特性注明Main方法。分享域还管理一个应用集散地址作为目录的次第集映射图,此映射图作为管理分享程序集重视关系的查找表,这个程序集被加载到默许域(DefaultDomain)和另外在托管代码中开创的利用程序域。非分享的用户代码被加载到默许域。

默认域(Default Domain)

暗中同意域是选择程序域(AppDomain)的三个实例,一般的应用程序代码在里边运营。就算有个别应用程序需求在运行时创制额外的应用程序域(比方某个使用插件,plug-in,架构恐怕拓展重视的周转时期码生成专业的应用程序),半数以上的应用程序在运营时期只开创三个域。全数在此域运转的代码都以在域档次上有上下文限制。借使三个应用程序有多少个使用程序域,任何的域间访问会通过.NET
Remoting代理。额外的域内上下文限制音信能够使用System.ContextBoundObject派生的档期的顺序创制。种种应用程序域有谈得来的安全描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗中认可上下文(DefaultContext),还也许有温馨的加载器堆(高频堆,低频堆和代办堆),句柄表,接口虚表处理器和次序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的成效是加载不一样的运作时CLQX56部件和优化在域的整套生命期内设有的部件。那个堆的拉长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆差别于垃圾回收堆(也许对称多管理器上的四个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同临时候保留类型系统。日常访谈的预制构件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在反复堆上,而相当少访问的数据结构如EEClass和类加载器及其查找表,分配在低频堆。代理堆保存用于代码访谈安全性(code
access security, CAS)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档期的顺序通晓域后,大家希图看看它们在叁个简短的应用程序的光景文中的物理细节,见
图3。大家在程序运维时停在mc.Method1(),然后选取SOS调节和测试器扩展命令DumpDomain来输出域的新闻。(请查看
Son of
Strike
叩问SOS的加载新闻)。这里是编辑后的输出:

图3 Sample1.exe

!DumpDomain
System Domain: 793e9d58, LowFrequencyHeap: 793e9dbc,
HighFrequencyHeap: 793e9e14, StubHeap: 793e9e6c,
Assembly: 0015aa68 [mscorlib], ClassLoader: 0015ab40

Shared Domain: 793eb278, LowFrequencyHeap: 793eb2dc,
HighFrequencyHeap: 793eb334, StubHeap: 793eb38c,
Assembly: 0015aa68 [mscorlib], ClassLoader: 0015ab40

Domain 1: 149100, LowFrequencyHeap: 00149164,
HighFrequencyHeap: 001491bc, StubHeap: 00149214,
Name: Sample1.exe, Assembly: 00164938 [Sample1],
ClassLoader: 00164a78

using System;

public interface MyInterface1
{
    void Method1();
    void Method2();
}
public interface MyInterface2
{
    void Method2();
    void Method3();
}

class MyClass : MyInterface1, MyInterface2
{
    public static string str = "MyString";
    public static uint   ui = 0xAAAAAAAA;
    public void Method1() { Console.WriteLine("Method1"); }
    public void Method2() { Console.WriteLine("Method2"); }
    public virtual void Method3() { Console.WriteLine("Method3"); }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        MyClass mc = new MyClass();
        MyInterface1 mi1 = mc;
        MyInterface2 mi2 = mc;

        int i = MyClass.str.Length;
        uint j = MyClass.ui;

        mc.Method1();
        mi1.Method1();
        mi1.Method2();
        mi2.Method2();
        mi2.Method3();
        mc.Method3();
    }
}

我们的控制台程序,萨姆ple1.exe,被加载到二个名字为”Sample1.exe”的利用程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,然而因为它是着力系统库,所以也在系统域中列出。各个域会分配贰个反复堆,低频堆和代办堆。系统域和分享域使用一样的类加载器,而私下认可应用程序使用本身的类加载器。

出口未有显得加载器堆的保留尺寸和已交给尺寸。高频堆的起首化大小是32KB,每一趟提交4KB。SOS的出口也从没出示接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。种种域有一个接口虚表堆(简称为IVMap),由本人的加载器堆在域伊始化阶段创造。IVMap保留大小是4KB,初阶时交由4KB。大家将会在三翻五次部分研讨项目布局时研讨IVMap的意思。

图2
展现暗中同意的历程堆,JIT代码堆,GC堆(用于小指标)和大目的堆(用于大小相等依然超越85000字节的指标),它表明了那一个堆和加载器堆的语义差别。即时(just-in-time,
JIT)编写翻译器发生x86指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大目的堆是用来托管对象实例化的污源回收堆。

类型原理

项目是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够选取class,struct和interface关键字展开宣示。大相当多门类由程序猿显式创设,不过,在特意的互相操作(interop)情状和远程对象调用(.NET
Remoting)场馆中,.NET
CLPRADO会隐式的发生类型,这几个产生的门类涵盖COM和平运动转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

我们经过四个带有对象引用的栈伊始研讨.NET类型原理(规范地,栈是三个目的实例开头生命期的地方)。
图4中彰显的代码包涵三个大约的顺序,它有二个调节台的入口点,调用了贰个静态方法。Method1创造三个SmallClass的体系实例,该品种涵盖一个字节数组,用于演示如何在大目标堆创制对象。固然那是一段无聊的代码,不过足以援助我们开始展览商讨。

图4 Large Objects and Small Objects

using System;

class SmallClass
{
    private byte[] _largeObj;
    public SmallClass(int size)
    {
        _largeObj = new byte[size];
        _largeObj[0] = 0xAA;
        _largeObj[1] = 0xBB;
        _largeObj[2] = 0xCC;
    }

    public byte[] LargeObj
    {
        get { return this._largeObj; }
    }
}

class SimpleProgram
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SmallClass smallObj = SimpleProgram.Create(84930,10,15,20,25);
        return;
    }

    static SmallClass Create(int size1, int size2, int size3,
        int size4, int size5)
    {
        int objSize = size1 + size2 + size3 + size4 + size5;
        SmallClass smallObj = new SmallClass(objSize);
        return smallObj;
    }
}

图5 展现了停止在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它证明在可能的气象下将函数参数通过贮存器传递,而别的参数根据从右到左的各种入栈,然后由被调用函数达成出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。援引类型变量如smallObj以定点大小(4字节DWOLANDD)保存在栈中,富含了在一般GC堆中分红的对象的地方。对于价值观C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是目标的引用。不管如何,它满含了多少个目的实例的地方,大家将动用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象援用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结议和堆

图片 2

貌似GC堆上的smallObj对象实例包罗三个名称叫 _largeObj
的字节数组(注意,图中呈现的大小为85016字节,是实际的储备大小)。CLQX56对超过或等于8四千字节的靶子的管理和小目的分裂。大目的在大指标堆(LOH)上分红,而小目的在形似GC堆上创设,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会回降,而GC堆在GC回收时开始展览削减。还恐怕有,LOH只会在一起GC回收时被回收。

smallObj的对象实例包含类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。每一种注解的品类有七个方法表,而同等类型的富有指标实例都针对同四个方法表。它涵盖了类别的风味消息(接口,抽象类,具体类,COM封装和代办),达成的接口数目,用于接口分派的接口图,方法表的槽(slot)数目,指向相应完毕的槽表。

主意表指向三个名字为EEClass的着重数据结构。在艺术表创立前,CLENVISION类加载器从元数据中创制EEClass。
图4中,SmallClass的方法表指向它的EEClass。这个构造指向它们的模块和程序集。方法表和EEClass一般分配在分享域的加载器堆。加载器堆和使用程序域关联,这里涉及的数据结构一旦被加载到中间,就直到应用程序域卸载时才会消亡。并且,暗许的利用程序域不会被卸载,所以那么些代码的生存期是停止CL冠道关闭截止。

对象实例

正如笔者辈说过的,全体值类型的实例或许隐含在线程栈上,或许隐含在 GC
堆上。全体的援引类型在 GC 堆只怕 LOH 上成立。图 6
展现了贰个头名的对象布局。三个目的足以经过以下渠道被引用:基于栈的有的变量,在互相操作依然平台调用情状下的句柄表,贮存器(实践措施时的
this 指针和艺术参数),具备终结器( finalizer )方法的靶子的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向指标实例的发端地方,而是有贰个 DWO奇骏D 的偏移量( 4
字节)。此 DWO大切诺基D 称为对象头,保存二个针对性 SyncTableEntry 表的目录(从 1
早先计数的 syncblk
编号。因为经过索引进行连接,所以在须要扩张表的深浅时, CL奥迪Q5能够在内部存款和储蓄器中活动那几个表。 SyncTableEntry 维护三个反向的弱援用,以便 CL昂科雷能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱援引让 GC
能够在一直不其余强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保存了一个针对
SyncBlock
的指针,包括了比相当少必要被四个对象的享有实例使用的低价的音信。那些音信包蕴对象锁,哈希编码,任何调换层
(thunking) 数据和利用程序域的目录。对于绝大很多的目的实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存储器,而且 syncblk 编号为 0 。这点在实施线程蒙受如
lock(obj) 大概 obj.GetHashCode 的话语时会发生变化,如下所示:

SmallClass obj = new SmallClass()
// Do some work here
lock(obj) { /* Do some synchronized work here */ }
obj.GetHashCode();

图 6 对象实例布局
图片 3

在以上代码中, smallObj 会接纳 0 作为它的序幕的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL陆风X8 成立二个 syncblk 入口并选拔相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩张为 try-finally 语句并使用 Monitor 类,一个看作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创造。堆 GetHashCode
的调用会动用对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有别的的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时行使,不过那和卓越的对象用处非亲非故。
花色句柄紧跟在对象实例中的 syncblk
编号后。为了保全接二连三性,小编会在证实实例变量后研商类型句柄。实例域(
Instance 田野同志)的变量列表紧跟在类型句柄后。默许情状下,实例域会以内存最实惠运用的艺术排列,这样只需求最少的作为对齐的填充字节。
7
的代码显示了 SimpleClass 包涵有一点比不上大小的实例变量。

图 7 SimpleClass with Instance Variables

class SimpleClass
{
    private byte b1 = 1;                // 1 byte
    private byte b2 = 2;                // 1 byte
    private byte b3 = 3;                // 1 byte
    private byte b4 = 4;                // 1 byte
    private char c1 = 'A';              // 2 bytes
    private char c2 = 'B';              // 2 bytes
    private short s1 = 11;              // 2 bytes
    private short s2 = 12;              // 2 bytes
    private int i1 = 21;                // 4 bytes
    private long l1 = 31;               // 8 bytes
    private string str = "MyString"; // 4 bytes (only OBJECTREF)

    //Total instance variable size = 28 bytes 

    static void Main()
    {
        SimpleClass simpleObj = new SimpleClass();
        return;
    }
}

图 8 突显了在 Visual Studio 调节和测验器的内部存款和储蓄器窗口中的一个 SimpleClass
对象实例。我们在图 7 的 return 语句处设置了断点,然后利用 ECX
贮存器保存的 simpleObj 地址在内部存款和储蓄器窗口显示对象实例。前 4 个字节是 syncblk
编号。因为我们尚无用任何共同代码应用此实例(也未曾访谈它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向初阶地点的 4
个字节的偏移处。字节变量 b1,b2,b3 和 b4 被二个接一个的排列在联合具名。四个short 类型变量 s1 和 s2 也被排列在协同。字符串变量 str 是贰个 4 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的实际的字符串实例。字符串是三个特意的品种,因为具有包蕴同样文字标识的字符串,会在程序集加载到进程时指向三个大局字符串表的一致实例。这些进程称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的选拔。大家前边曾经提过,在 NET
Framework 1.1 中,程序集不能够选用是或不是利用这么些进程,就算今后版本的 CL福特Explorer大概会提供那样的本领。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

所以私下认可景况下,成员变量在源代码中的词典顺序未有在内部存款和储蓄器中保持。在竞相操作的境况下,词典顺序必须被保存到内存中,那时能够运用
StructLayoutAttribute 个性,它有三个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可认为被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,就算在 .NET Framework 1.第11中学,它并未影响托管的布局(可是 .NET Framework 2.0
或者会这么做)。在竞相操作的气象下,若是您真正须求极度的填充字节和呈现的调整域的相继,
LayoutKind.Explicit 能够和域档案的次序的 菲尔德Offset 性情一齐行使。

看完底层的内部存储器内容后,大家接纳 SOS 看看对象实例。七个立见成效的命令是
DumpHeap
,它能够列出全体的堆内容和二个特意类型的富有实例。无需依附存放器,
DumpHeap 能够来得大家创制的独步天下八个实例的地址。

!DumpHeap -type SimpleClass
Loaded Son of Strike data table version 5 from
"C:WINDOWSMicrosoft.NETFrameworkv1.1.4322mscorwks.dll"
 Address       MT     Size
00a8197c 00955124       36
Last good object: 00a819a0
total 1 objects
Statistics:
      MT    Count TotalSize Class Name
  955124        1        36 SimpleClass

目的的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只富含一个DWOPAJEROD 的对象援引。 SimpleClass 的实例变量只占用 28 字节,别的 8
个字节包含项目句柄( 4 字节)和 syncblk 编号( 4 字节)。找到 simpleObj
实例的地方后,我们能够利用 DumpObj 命令输出它的剧情,如下所示:

!DumpObj 0x00a8197c
Name: SimpleClass
MethodTable 0x00955124
EEClass 0x02ca33b0
Size 36(0x24) bytes
FieldDesc*: 00955064
      MT    Field   Offset                 Type       Attr    Value Name
00955124  400000a        4         System.Int64   instance      31 l1
00955124  400000b        c                CLASS   instance 00a819a0 str
    << some fields omitted from the display for brevity >>
00955124  4000003       1e          System.Byte   instance        3 b3
00955124  4000004       1f          System.Byte   instance        4 b4

正如以前说过, C# 编译器对于类的私下认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织采用 LayoutType.Sequential
);因而类加载重视新排列实例域以最小化填充字节。我们能够行使 ObjSize
来输出富含被 str 实例占用的空中,如下所示:

!ObjSize 0x00a8197c
sizeof(00a8197c) =       72 (    0x48) bytes (SimpleClass)

如若您从指标图的大局大小( 72 字节)减去 SimpleClass 的高低( 36
字节),就能够获取 str 的大小,即 36 字节。让我们输出 str
实例来验证这几个结果:

!DumpObj 0x00a819a0
Name: System.String
MethodTable 0x009742d8
EEClass 0x02c4c6c4
Size 36(0x24) bytes

假若你将字符串实例的轻重(36字节)加上SimpleClass实例的轻重(36字节),就能够赢得ObjSize命令报告的总大小72字节。

请当心ObjSize不带有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。何况,在.NET Framework
1.第11中学,CL猎豹CS6不掌握非托管能源占用的内部存款和储蓄器,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;因而它们不会被那一个命令报告。

针对方法表的等级次序句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创制前,CLSportage查看加载类型,若无找到,则开始展览加载,获得方法表地址,创制对象实例,然后把项目句柄值追加到目的实例中。JIT编写翻译器发生的代码在拓展艺术分派时使用项目句柄来稳固方法表。CL奇骏在急需史能够经过艺术表反向访谈加载类型时选择项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测验器扩张程序用于本文化的显示CLCR-V数据结构的开始和结果,它是 .NET
Framework 安装程序的一局地,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进度以前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测验。 加多 SOS.dll
所在的文本夹到PATH情形变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装三个断点, 张开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中奉行 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测量检验相关的一部分指令,关于SOS越多音信,参谋这里

方法表

各样类和实例在加载到利用程序域时,会在内部存款和储蓄器中通过措施表来表示。那是在对象的率先个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是气象,而艺术表表示了行为。通过EEClass,方法表把对象实例绑定到被语言编写翻译器产生的照耀到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表富含的音讯和外挂的新闻能够透过System.Type访谈。指向方法表的指针在托管代码中得以由此Type.RuntimeTypeHandle属性获得。对象实例满含的档案的次序句柄指向方法表起首地方的摇动处,偏移量私下认可情状下是12字节,包蕴了GC音信。大家不企图在此地对其打开座谈。

图 9
显示了艺术表的超人布局。大家会评释项目句柄的局地根本的域,不过对于截然的列表,请参见此图。让大家从基实例大小(Base
Instance Size)初步,因为它平素关系到运营时的内部存款和储蓄器状态。

图 9 方法表布局

图片 5

基实例大小

基实例大小是由类加载器总结的对象的尺寸,基于代码中声称的域。在此之前曾经研讨过,当前GC的贯彻需求二个足足12字节的靶子实例。假若多个类未有定义任何实例域,它至少含有额外的4个字节。另外的8个字节被对象头(大概含有syncblk编号)和花色句柄占用。再说三次,对象的大大小小会惨遭StructLayoutAttribute的熏陶。

看看图3中展示的MyClass(有多少个接口)的办法表的内部存款和储蓄器快速照相(Visual
Studio .NET
2001内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的出口实行比较。在图9中,对象大小位于4字节的偏移处,值为12(0x0000000C)字节。以下是SOS的DumpHeap命令的输出:

!DumpHeap -type MyClass
 Address       MT     Size
00a819ac 009552a0       12
total 1 objects
Statistics:
    MT  Count TotalSize Class Name
9552a0      1        12    MyClass

办法槽表(Method Slot Table)

在格局表中带有了四个槽表,指向各类艺术的呈报(MethodDesc),提供了类别的行为工夫。方法槽表是基于方法达成的线性链表,依据如下顺序排列:继承的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在此时此刻类,父类和接口的元数据中遍历,然后成立方法表。在排列进度中,它替换全部的被掩盖的虚方法和被隐形的父类方法,创立新的槽,在急需时复制槽。槽复制是少不了的,它能够让每一种接口有和睦的一丁点儿的vtable。可是被复制的槽指向同一的物理达成。MyClass包蕴接口方法,一个类构造函数(.cctor)和目的构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编译器为全体未有显式定义构造函数的靶子自动生成。因为我们定义并初始化了叁个静态变量,编写翻译器会调换二个类构造函数。图10来得了MyClass的法子表的布局。布局显示了十三个情势,因为Method2槽为接口IVMap进行了复制,下边大家会开始展览座谈。图11展现了MyClass的章程表的SOS的输出。

图10 MyClass MethodTable Layout
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图11 SOS Dump of MyClass Method Table

!DumpMT -MD 0x9552a0
  Entry  MethodDesc  Return Type       Name
0097203b 00972040    String            System.Object.ToString()
009720fb 00972100    Boolean           System.Object.Equals(Object)
00972113 00972118    I4                System.Object.GetHashCode()
0097207b 00972080    Void              System.Object.Finalize()
00955253 00955258    Void              MyClass.Method1()
00955263 00955268    Void              MyClass.Method2()
00955263 00955268    Void              MyClass.Method2()
00955273 00955278    Void              MyClass.Method3()
00955283 00955288    Void              MyClass..cctor()
00955293 00955298    Void              MyClass..ctor()

其余类型的起初4个情势总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。这个是从System.Object承接的虚方法。Method2槽被进行了复制,可是都对准同样的点子描述。代码展现定义的.cctor和.ctor会分别和静态方法和实例方法分在一组。

措施描述(MethodDesc)

方法描述(MethodDesc)是CL宝马X3知道的方法达成的二个封装。有几种类型的法子描述,除了用于托管达成,分别用于分化的交互操作完成的调用。在本文中,大家只调查图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中产生,初叶化为指向IL。每种方法描述包含三个预编写翻译代理(PreJitStub),担负触发JIT编写翻译。图12展现了一个规范的布局,方法表的槽实际上指向代理,并不是实在的艺术描述数据结构。对于实际的不二等秘书籍描述,那是-5字节的舞狮,是各种方法的8个附加字节的一局地。这5个字节包蕴了调用预编写翻译代理程序的命令。5字节的撼动能够从SOS的DumpMT输出从察看,因为方法描述总是方法槽表指向的岗位前边的5个字节。在首次调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译实现后,包罗调用指令的5个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x86代码的任务跳转指令覆盖。

图 12主意描述

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图12的法子表槽指向的代码举行反汇编,呈现了对预编写翻译代理的调用。以下是在
Method2 被JIT编写翻译前的反汇编的简化呈现。

Method2:

!u 0x00955263
Unmanaged code
00955263 call        003C3538        ;call to the jitted Method2()
00955268 add         eax,68040000h   ;ignore this and the rest
                                     ;as !u thinks it as code

方今大家举行此方法,然后反汇编同样的地点:

!u 0x00955263
Unmanaged code
00955263 jmp     02C633E8        ;call to the jitted Method2()
00955268 add     eax,0E8040000h  ;ignore this and the rest
                                 ;as !u thinks it as code

在此地方,独有初阶5个字节是代码,剩余字节包蕴了Method2的方法描述的数目。“!u”命令不明了这或多或少,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略5个字节后的全体东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前满含IL中方法完毕的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,奥迪Q3VA)。此域用作标记,表示是还是不是IL。在按须求编译后,CL景逸SUV使用编写翻译后的代码地址更新此域。让大家从列出的函数中挑选二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的秘诀描述的源委:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
IL RVA : 00002068

编写翻译后,方法描述的从头到尾的经过如下:

!DumpMD 0x00955268
Method Name : [DEFAULT] [hasThis] Void MyClass.Method2()
MethodTable 9552a0
Module: 164008
mdToken: 06000006
Flags : 400
Method VA : 02c633e8

艺术的那些标识域的编码包罗了艺术的等级次序,比方静态,实例,接口方法或许COM完成。让我们看方法表别的三个叶影参差的上边:接口完成。它包裹了布局进度具备的纷纭,让托管情状感到那或多或少看起来差不离。然后,大家将注解接口怎样进展示公布局和基于接口的方式分派的合适专业措施。

接口虚表图和接口图(Interface Vtable Map and Interface Map)

在方式表的第12字节偏移处是三个至关心珍视要的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向三个应用程序域等级次序的映射表,该表以进度档期的顺序的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第壹回加载时制造。每种接口的兑现都在接口虚表中有二个笔录。倘诺MyInterface1被多个类达成,在接口虚表表中就有多个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的上马地点,如图9所示。那是接口方法分派发生时采纳的引用。接口虚表是依附方法表内含的接口图音讯创设,接口图在格局表布局进度中基于类的元数据创造。一旦类型加载成功,唯有接口虚表用于方法分派。

第28字节地方的接口图会指向内含在章程表中的接口新闻记录。在这种情景下,对MyClass实现的三个接口中的每七个都有两条记下。第一条接口音信记录的起来4个字节指向MyInterface1的品种句柄(见图9图10)。接着的WO昂CoraD(2字节)被三个标记占用(0意味着从父类派生,1意味着由方今类实现)。在表明后的WO福特ExplorerD是三个起来槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口实现的子表。对于MyInterface2,开头槽的值为4(从0开头编号),所以槽5和6指向达成;对于MyInterface2,初步槽的值为6,所以槽7和8指向达成。类加载器会在要求时复制槽来发出如此的功力:每种接口有本人的完毕,不过物理映射到同一的方法描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的贯彻。

依靠接口的艺术分派通过接口虚表进行,而平昔的不二等秘书技分派通过保留在相继槽的情势描述地址实行。如从前谈到,.NET框架使用fastcall的调用约定,发轫2个参数在也许的时候一般通过ECX和EDX贮存器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以经过ECX寄放器传送,可以在“mov
ecx,esi”语句看到那一点:

mi1.Method1();
mov    ecx,edi                 ;move "this" pointer into ecx
mov    eax,dword ptr [ecx]     ;move "TypeHandle" into eax
mov    eax,dword ptr [eax+0Ch] ;move IVMap address into eax at offset 12
mov    eax,dword ptr [eax+30h] ;move the ifc impl start slot into eax
call   dword ptr [eax]         ;call Method1

mc.Method1();
mov    ecx,esi                 ;move "this" pointer into ecx
cmp    dword ptr [ecx],ecx     ;compare and set flags
call   dword ptr ds:[009552D8h];directly call Method1

这几个反汇编展现了直接调用MyClass的实例方法未有应用偏移。JIT编译器把措施描述的地点直接写到代码中。基于接口的摊派通过接口虚表爆发,和一贯分派相比较需求部分出色的授命。三个下令用来博取接口虚表的地方,另三个收获方式槽表中的接口实现的发端槽。并且,把一个目的实例转变为接口只必要拷贝this指针到指标的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用一个下令把mc的对象援用拷贝到mi1。

虚分派(Virtual Dispatch)

今昔大家看看虚分派,何况和基于接口的分摊举行相比较。以下是图3中MyClass.Method3的虚函数调用的反汇编代码:

mc.Method3();
Mov    ecx,esi               ;move "this" pointer into ecx
Mov    eax,dword ptr [ecx]   ;acquire the MethodTable address
Call   dword ptr [eax+44h]   ;dispatch to the method at offset 0x44

虚分派总是通过二个稳住的槽编号发生,和方法表指针在特定的类(类型)达成档期的顺序非亲非故。在章程表布局时,类加载器用覆盖的子类的贯彻替代父类的贯彻。结果,对父对象的章程调用被分派到子对象的达成。反汇编展现了分派通过8号槽产生,能够在调试器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的输出看到这点。

静态变量(Static Variables)

静态变量是办法表数据结构的首要组成都部队分。作为艺术表的一有的,它们分配在措施表的槽数组后。全体的本来静态类型是内联的,而对此组织和援引的类别的静态值对象,通在句柄表中开创的靶子引用来针对。方法表中的对象援用指向应用程序域的句柄表的指标援引,它援用了堆上成立的靶子实例。一旦成立后,句柄表内的靶子援用会使堆上的对象实例保持生存,直到应用程序域被卸载。在图9
中,静态字符串变量str指向句柄表的对象援引,后面一个指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在措施表创设前开头生活,它和办法表组成起来,是种类注脚的CLRAV4版本。实际上,EEClass和措施表逻辑上是三个数据结构(它们一齐表示二个系列),只但是因为使用频度的两样而被分手。常常应用的域放在方法表,而不平日利用的域在EEClass中。那样,须求被JIT编写翻译函数使用的音信(如名字,域和摇头)在EEClass中,然而运转时索要的信息(如虚表槽和GC消息)在章程表中。

对每二个种类会加载三个EEClass到使用程序域中,包含接口,类,抽象类,数组和协会。各样EEClass是三个被实行引擎追踪的树的节点。CL福睿斯使用那个互联网在EEClass结构中浏览,其指标满含类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于承继档次构建,而父-子关系基于接口档案的次序和类加载顺序的结合。在推行托管代码的长河中,新的EEClass节点被参加,节点的关联被补充,新的关联被确立。在网络中,相邻的EEClass还会有二个水准的涉嫌。EEClass有四个域用于管理被加载类型的节点关系:父类(Parent
Class),相邻链(sibling chain)和子链(children
chain)。关于图4中的MyClass上下文中的EEClass的语义,请仿照效法图13

图13只呈现了和那么些抵触相关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家并未有在图中适当展现偏移。EEClass有一个直接的对于艺术表的援用。EEClass也针对在暗中同意使用程序域的频仍堆分配的办法描述块。在措施表创造时,对进程堆上分配的域描述列表的贰个援引提供了域的布局新闻。EEClass在应用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的实行内部存款和储蓄器分页管理,因而削减了办事集。

图13 EEClass 布局

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图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的意思不在话下。大家未来拜候使用SOS输出的EEClass的真的的大意内部存款和储蓄器。在mc.Method1代码行设置断点后,运维图3的次序。首先采用命令Name2EE获得MyClass的EEClass的地址。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name2EE的第1个参数时模块名,能够从DumpDomain命令得到。今后咱们获得了EEClass的地址,大家输出EEClass:

!DumpClass 02ca3508
Class Name : MyClass, mdToken : 02000004, Parent Class : 02c4c3e4
ClassLoader : 00163ad8, Method Table : 009552a0, Vtable Slots : 8
Total Method Slots : a, NumInstanceFields: 0,
NumStaticFields: 2,FieldDesc*: 00955224

      MT    Field   Offset  Type           Attr    Value    Name
009552a0  4000001   2c      CLASS          static 00a8198c  str
009552a0  4000002   30      System.UInt32  static aaaaaaaa  ui

图13和DumpClass的输出看起来一模一样。元数据令牌(metadata
token,mdToken)表示了在模块PE文件中映射到内部存款和储蓄器的元数据表的MyClass索引,父类指向System.Object。从相邻链指向名称叫Program的EEClass,能够通晓图13展示的是加载Program时的结果。

MyClass有8个虚表槽(能够被虚分派的措施)。就算Method1和Method2不是虚方法,它们能够在通过接口举行分摊时被感觉是虚函数并投入到列表中。把.cctor和.ctor参预到列表中,你会取得总共拾一个点子。最终列出的是类的三个静态域。MyClass未有实例域。另外域可想而知。

结论

大家关于CLENCORE一些最要紧的内在的研商旅程终于甘休了。显著,还大概有大多标题亟需涉及,而且亟需在越来越深的等级次序上斟酌,但是我们期望那足以扶助您看到东西怎么办事。这里提供的重重的新闻大概会在.NET框架和CL兰德酷威的新兴版本中退换,可是固然本文提到的CL途锐数据结构或许改动,概念应该维持不变。

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