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C#?中的多態底層虛方法調用詳情_C#教程

作者:一線碼農聊技術 ? 更新時間: 2022-07-29 編程語言

前言:

本質上來說,CoreCLR 也是 C++ 寫的,所以也逃不過用 虛表 來實現多態的玩法, 不過玩法也稍微復雜了一些,希望本篇對大家有幫助。

一、C# 中的多態玩法

1. 一個簡單的 C# 例子

為了方便說明,我就定義一個 Person 類和一個 Chinese 類,詳細代碼如下:

internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Person person = new Chinese();

            person.SayHello();

            Console.ReadLine();
        }
    }

    public class Person
    {
        public virtual void SayHello()
        {
            Console.WriteLine("sayhello");
        }
    }

    public class Chinese: Person
    {
        public override void SayHello()
        {
            Console.WriteLine("chinese");
        }
    }
}

2. 匯編代碼分析

接下來用 windbg 在?person.SayHello()?處下一個斷點,觀察一下它的反匯編代碼:

internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Person person = new Chinese();

            person.SayHello();

            Console.ReadLine();
        }
    }

    public class Person
    {
        public virtual void SayHello()
        {
            Console.WriteLine("sayhello");
        }
    }

    public class Chinese: Person
    {
        public override void SayHello()
        {
            Console.WriteLine("chinese");
        }
    }
}

從匯編代碼看,邏輯非常清晰,大體步驟如下:

(1)eax,dword ptr [ebp-8]

從棧上(ebp-8)處獲取 person 在堆上的首地址,如果不相信的話,可以用?!do 027ea88c?試試看。

0:000> dp ebp-8 L1
0057f300  027ea88c
0:000> !do 027ea88c
Name:        ConsoleApp1.Chinese
MethodTable: 05ce5d3c
EEClass:     05cd3380
Size:        12(0xc) bytes
File:        D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\bin\x86\Debug\net6.0\ConsoleApp1.dll
Fields:
None

(2)eax,dword ptr [eax]

如果大家了解?實例?在堆上的內存布局的話,應該知道,這個首地址存放的就是?methodtable?指針,我們可以用?!dumpmt 05ce5d3c?來驗證下。

0:000> dp 027ea88c L1
027ea88c  05ce5d3c

0:000> !dumpmt 05ce5d3c
EEClass:         05cd3380
Module:          05addb14
Name:            ConsoleApp1.Chinese
mdToken:         02000007
File:            D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\bin\x86\Debug\net6.0\ConsoleApp1.dll
BaseSize:        0xc
ComponentSize:   0x0
DynamicStatics:  false
ContainsPointers false
Slots in VTable: 6
Number of IFaces in IFaceMap: 0

(3)eax,dword ptr [eax+28h]

那這句話是什么意思呢?如果你了解 CoreCLR 的話,你應該知道 methedtable 是由一個?class MethodTable?類來承載的,所以它取了 methodtable 偏移?0x28??位置的一個字段,那這個偏移字段是什么呢?我們先用?dt?把 methodtable 結構給導出來。

0:000> dt 05ce5d3c MethodTable
coreclr!MethodTable
   =7ad96bc8 s_pMethodDataCache : 0x00639ec8 MethodDataCache
   =7ad96bc4 s_fUseParentMethodData : 0n1
   =7ad96bcc s_fUseMethodDataCache : 0n1
   +0x000 m_dwFlags        : 0xc
   +0x004 m_BaseSize       : 0x74088
   +0x008 m_wFlags2        : 5
   +0x00a m_wToken         : 0
   +0x00c m_wNumVirtuals   : 0x5ccc
   +0x00e m_wNumInterfaces : 0x5ce
   +0x010 m_pParentMethodTable : IndirectPointer<MethodTable *>
   +0x014 m_pLoaderModule  : PlainPointer<Module *>
   +0x018 m_pWriteableData : PlainPointer<MethodTableWriteableData *>
   +0x01c m_pEEClass       : PlainPointer<EEClass *>
   +0x01c m_pCanonMT       : PlainPointer<unsigned long>
   +0x020 m_pPerInstInfo   : PlainPointer<PlainPointer<Dictionary *> *>
   +0x020 m_ElementTypeHnd : 0
   +0x020 m_pMultipurposeSlot1 : 0
   +0x024 m_pInterfaceMap  : PlainPointer<InterfaceInfo_t *>
   +0x024 m_pMultipurposeSlot2 : 0x5ce5d68
   =7ad04c78 c_DispatchMapSlotOffsets : [0]  " $ (System.Private.CoreLib.dll"
   =7ad04c70 c_NonVirtualSlotsOffsets : [0]  " $ ($((, $ (System.Private.CoreLib.dll"
   =7ad04c60 c_ModuleOverrideOffsets : [0]  " $ ($((,$((,(,,0 $ ($((, $ (System.Private.CoreLib.dll"
   =7ad12838 c_OptionalMembersStartOffsets : [0]  "(((((((,(((,(,,0(((,(,,0(,,0,004"

從 methodtable 的布局圖來看,?eax+28h?是?m_pMultipurposeSlot2?結構的第二個字段了,因為第一個字段是?虛方法表指針,如果要驗證的話,也很簡單,用?!dumpmt -md 05ce5d3c?把所有的方法給導出來,然后結合?dp 05ce5d3c?看下 0x5ce5d68 之后是不是許多的方法。

0:000> !dumpmt -md 05ce5d3c
EEClass:         05cd3380
Module:          05addb14
Name:            ConsoleApp1.Chinese
mdToken:         02000007
File:            D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\bin\x86\Debug\net6.0\ConsoleApp1.dll
BaseSize:        0xc
ComponentSize:   0x0
DynamicStatics:  false
ContainsPointers false
Slots in VTable: 6
Number of IFaces in IFaceMap: 0
--------------------------------------
MethodDesc Table
   Entry MethodDe    JIT Name
02610028 02605568   NONE System.Object.Finalize()
02610030 02605574   NONE System.Object.ToString()
02610038 02605580   NONE System.Object.Equals(System.Object)
02610050 026055ac   NONE System.Object.GetHashCode()
05CF1CE0 05ce5d24   NONE ConsoleApp1.Chinese.SayHello()
05CF1CE8 05ce5d30    JIT ConsoleApp1.Chinese..ctor()
0:000> dp 05ce5d3c L10
05ce5d3c  00000200 0000000c 00074088 00000005
05ce5d4c  05ce5ccc 05addb14 05ce5d7c 05cd3380
05ce5d5c  05cf1ce8 00000000 05ce5d68 02610028
05ce5d6c  02610030 02610038 02610050 05cf1ce0

仔細看輸出,上面的?05ce5d68?后面的?02610028?就是?System.Object.Finalize()?方法,02610030?對應著?System.Object.ToString()?方法。

(4)call dword ptr [eax+10h]

有了前面的基礎,這句話就好理解了,它是從?m_pMultipurposeSlot2?結構中找?SayHello?所在的單元指針位置,然后做 call 調用。

0:000> !U 05cf1ce0
Unmanaged code
05cf1ce0 e88f9dde74      call    coreclr!PrecodeFixupThunk (7aadba74)
05cf1ce5 5e              pop     esi
05cf1ce6 0001            add     byte ptr [ecx],al
05cf1ce8 e913050000      jmp     05cf2200
05cf1ced 5f              pop     edi
05cf1cee 0300            add     eax,dword ptr [eax]
05cf1cf0 245d            and     al,5Dh
05cf1cf2 ce              into
05cf1cf3 0500000000      add     eax,0
05cf1cf8 0000            add     byte ptr [eax],al

從匯編看,它還是一段?樁代碼,言外之意就是該方法沒有被 JIT 編譯,如果編譯完了,這里的?05CF1CE0 05ce5d24 NONE ConsoleApp1.Chinese.SayHello()??的 Entry (05CF1CE0) 也會被同步修改,驗證一下很簡單,我們繼續 go 代碼讓其編譯完成,然后再 dumpmt 。

0:008> !dumpmt -md 05ce5d3c
EEClass:         05cd3380
Module:          05addb14
Name:            ConsoleApp1.Chinese
mdToken:         02000007
File:            D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\bin\x86\Debug\net6.0\ConsoleApp1.dll
BaseSize:        0xc
ComponentSize:   0x0
DynamicStatics:  false
ContainsPointers false
Slots in VTable: 6
Number of IFaces in IFaceMap: 0
--------------------------------------
MethodDesc Table
   Entry MethodDe    JIT Name
02610028 02605568   NONE System.Object.Finalize()
02610030 02605574   NONE System.Object.ToString()
02610038 02605580   NONE System.Object.Equals(System.Object)
02610050 026055ac   NONE System.Object.GetHashCode()
05CF2270 05ce5d24    JIT ConsoleApp1.Chinese.SayHello()
05CF1CE8 05ce5d30    JIT ConsoleApp1.Chinese..ctor()

0:008> dp 05ce5d3c L10
05ce5d3c  00000200 0000000c 00074088 00000005
05ce5d4c  05ce5ccc 05addb14 05ce5d7c 05cd3380
05ce5d5c  05cf1ce8 00000000 05ce5d68 02610028
05ce5d6c  02610030 02610038 02610050 05cf2270

此時可以看到它由?05cf1ce0?變成了?05cf2270, 這個就是 JIT 編譯后的方法代碼,我們用 !U 反編譯下。

0:008> !U 05cf2270
Normal JIT generated code
ConsoleApp1.Chinese.SayHello()
ilAddr is 05E720D5 pImport is 008F6E88
Begin 05CF2270, size 27

D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\Program.cs @ 28:
>>> 05cf2270 55              push    ebp
05cf2271 8bec            mov     ebp,esp
05cf2273 50              push    eax
05cf2274 894dfc          mov     dword ptr [ebp-4],ecx
05cf2277 833d74dcad0500  cmp     dword ptr ds:[5ADDC74h],0
05cf227e 7405            je      05cf2285
05cf2280 e8cb2bf174      call    coreclr!JIT_DbgIsJustMyCode (7ac04e50)
05cf2285 90              nop

D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\Program.cs @ 29:
05cf2286 8b0d74207e04    mov     ecx,dword ptr ds:[47E2074h] ("chinese")
05cf228c e8dffbffff      call    05cf1e70
05cf2291 90              nop

D:\net6\ConsoleApplication2\ConsoleApp1\Program.cs @ 30:
05cf2292 90              nop
05cf2293 8be5            mov     esp,ebp
05cf2295 5d              pop     ebp
05cf2296 c3              ret

終于這就是多態下的?ConsoleApp1.Chinese.SayHello?方法啦。

三、總結

原文鏈接:https://developer.51cto.com/article/710310.html

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