如何实现虚拟泛型方法调用

本文关键字：虚拟 泛型方法 调用 实现 何实现 | 更新日期: 2023-09-27 18:01:12

我对CLR如何实现这样的调用很感兴趣：

abstract class A {
    public abstract void Foo<T, U, V>();
}
A a = ...
a.Foo<int, string, decimal>(); // <=== ?

这个调用是否会导致某种哈希映射查找，将类型参数标记作为键，将编译的泛型方法专用化（一个用于所有引用类型，另一个用于不同的代码用于所有值类型）作为值？

如何实现虚拟泛型方法调用

我没有找到太多关于这方面的确切信息，所以这个答案大部分是基于2001年（甚至在.Net 1.0问世之前！）关于.Net泛型的优秀论文，后续论文中的一个简短注释，以及我从SSCLI v.2.0源代码中收集的内容（尽管我找不到调用虚拟泛型方法的确切代码）。

让我们简单地开始：如何调用非泛型非虚拟方法？通过直接调用方法代码，使编译后的代码包含直接地址。编译器从方法表中获取方法地址（见下一段）。能这么简单吗？嗯，差不多了。方法是JITed的事实使它变得有点复杂：实际调用的是编译方法的代码，如果还没有编译，则只执行它；或者它是一条直接调用已编译代码的指令，如果它已经存在的话。我将进一步忽略这个细节。

现在，如何调用非泛型虚拟方法？与C++等语言中的多态性类似，有一个方法表可从this指针（引用）访问。每个派生类都有自己的方法表及其方法。因此，要调用一个虚拟方法，请获取对this的引用（作为参数传入），然后获取对方法表的引用，查看其中正确的条目（对于特定函数，条目号是恒定的），然后调用条目指向的代码。通过接口调用方法稍微复杂一些，但现在对我们来说并不感兴趣。

现在我们需要了解代码共享。如果类型参数中的引用类型对应于任何其他引用类型，并且值类型完全相同，则代码可以在同一方法的两个"实例"之间共享。因此，例如C<string>.M<int>()与C<object>.M<int>()共享代码，但不与C<string>.M<byte>()共享代码。类型类型参数和方法类型参数之间没有区别。（2001年的原始论文提到，当两个参数都是具有相同布局的struct时，代码也可以共享，但我不确定在实际实现中这是真的。）

让我们在通往泛型方法的道路上迈出中间一步：泛型类型中的非泛型方法。由于代码共享，我们需要从某处获取类型参数（例如，用于调用类似new T[]的代码）。因此，泛型类型（例如C<string>和C<object>）的每个实例化都有自己的类型句柄，其中包含类型参数和方法表。普通方法可以从this引用访问此类型句柄（从技术上讲，这是一个被混淆地称为MethodTable的结构，尽管它包含的不仅仅是方法表）。有两种类型的方法不能做到这一点：静态方法和值类型上的方法。对于这些类型，类型句柄作为隐藏参数传入。

对于非虚拟泛型方法，类型句柄是不够的，因此它们会得到不同的隐藏参数MethodDesc，该参数包含类型参数。此外，编译器不能将实例化存储在普通方法表中，因为这是静态的。因此，它为泛型方法创建了第二个不同的方法表，该表由类型参数索引，如果已经存在兼容的类型参数，则从中获取方法地址，或者创建一个新条目。

虚拟泛型方法现在很简单：编译器不知道具体的类型，所以它必须在运行时使用方法表。普通方法表不能使用，所以它必须在特殊方法表中查找通用方法。当然，包含类型参数的隐藏参数仍然存在。

在研究这一点时学到了一个有趣的花絮：因为JITer非常懒惰，所以以下（完全无用的）代码可以工作：

object Lift<T>(int count) where T : new()
{
    if (count == 0)
        return new T();
    return Lift<List<T>>(count - 1);
}

等效的C++代码导致编译器放弃堆栈溢出。

是。特定类型的代码由CLR在运行时生成，并保留实现的哈希表（或类似的）。

CLR第372页，通过C#：

当使用泛型类型的方法参数是JIT编译的，CLR取方法的IL，替换指定的类型参数，然后创建特定的本机代码在指定的数据类型。这正是你想要什么，是主要的泛型的特征。然而是一个缺点：CLR保持为每个生成本机代码方法/类型组合。这是称为代码爆炸。这最终可能会增加应用程序的工作集实质上，从而伤害表演幸运的是，CLR有一些内置优化以减少代码爆炸。首先，如果一个方法调用特定类型的自变量，然后，再次调用该方法使用相同的类型参数，CLR将为此编译代码方法/类型组合仅一次所以如果一个程序集使用List，和一个完全不同的组件（加载在同一AppDomain中）使用List，CLR将编译List的方法只有一次。这减少了代码爆炸非常

编辑

我现在遇到了https://msdn.microsoft.com/en-us/library/sbh15dya.aspx它清楚地指出，泛型在使用引用类型时重用相同的代码，因此我接受这一点作为权威。

原始答案

我在这里看到了两个不一致的答案，而且都提到了他们的观点，所以我会努力加上我的两分钱。

首先，微软出版社出版的杰弗里·里希特的《Clr via C#》与msdn博客一样有效，尤其是因为该博客已经过时了http://www.amazon.com/Jeffrey-Richter/e/B000APH134人们必须承认他是windows和.net方面的专家）

现在让我做我自己的分析。

显然，包含不同引用类型参数的两个泛型类型不能共享相同的代码

例如，List<类型A>并且List<类型B>>不能共享相同的代码，因为这将导致将TypeA对象添加到List<类型B>通过反射，clr也是基于遗传学的强类型（不像Java，在Java中只有编译器验证泛型，但底层JVM对此一无所知）。

这不仅适用于类型，也适用于方法，因为例如，T类型的泛型方法可以创建T类型的对象（例如，没有什么可以阻止它创建新的List<T>），在这种情况下，重复使用相同的代码会造成严重破坏。

此外，GetType方法是不可重写的，事实上它总是返回正确的泛型类型，从而确保每个类型参数都有自己的代码。（这一点甚至比看起来更重要，因为clr和jit是基于为该对象创建的类型对象工作的，使用GetType（），这只是意味着对于每个类型参数，即使对于引用类型，也必须有一个单独的对象）

代码重用可能导致的另一个问题是，as和as运算符将不再正确工作，通常所有类型的强制转换都会出现严重问题。

现在进行实际测试：

我测试了它，使用了一个包含静态成员的泛型类型，然后创建了两个具有不同类型参数的对象，静态字段完全不共享，这清楚地表明，即使对于引用类型，代码也不共享。

编辑：

请参阅http://blogs.msdn.com/b/csharpfaq/archive/2004/03/12/how-do-c-generics-compare-to-c-templates.aspx关于如何实现：

空间使用

C++和C#对空间的使用不同。因为C++模板是在编译时完成的，每次都在模板导致由编译器。

在C#世界中，情况有所不同。实际实现使用特定类型在运行时创建。当运行时创建一个类似List的类型，JIT将查看它是否已经创建。如果有，它只会使用该代码。如果没有，那就需要编译器生成并进行适当替换的IL具有实际类型。

这不太正确。有一个单独的本机代码路径每个值类型，但由于引用类型都是引用大小的，他们可以分享他们的实现。

这意味着C#方法应该在磁盘和内存，所以这是泛型相对于C的优势++模板。

事实上，C++链接器实现了一个称为"模板"的特性折叠"，链接器在其中查找完全相同，如果它找到它们，就把它们折叠在一起。所以这不是

正如我们所看到的，CLR"可以"为引用类型重用实现，就像当前的c++编译器一样，但这并不能保证，对于使用stackalloc和指针的不安全代码，情况可能并非如此，也可能存在其他情况。

然而，我们必须知道的是，在CLR类型系统中，它们被视为不同的类型，例如对静态构造函数的不同调用、单独的静态字段、单独的类型对象，并且类型自变量T1的对象不应该能够访问具有类型自变量T2的另一对象的私有字段（尽管对于相同类型的对象，确实可以访问来自相同类型的另一个对象的私有域）。

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