大家会利用由C

原稿地址:http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/cc163791.aspx
初稿揭橥日期: 9/19/2005
初稿已经被 Microsoft
删除了,搜聚进度中发现繁多稿子图都不全,那是因为原来的文章的图都不全,所以特搜罗完整全文。

目录

前言

  • SystemDomain, SharedDomain, and DefaultDomain。
  • 目的布局和内部存款和储蓄器细节。
  • 措施表布局。
  • 方式分派(Method dispatching)。

因为国有语言运营时(CLRubicon)将在成为在Windows上创制应用程序的主演级基础架构,
多了解点关于CLCR-V的深度认知会帮忙你塑造便捷的, 工业级健壮的应用程序.
在那篇小说中, 我们会浏览,考察CLKuga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, 和有滋有味的多寡结构.

大家会接纳由C#写成的特别轻易的代码示例,
所以任何对编制程序语言的隐式引用都以以C#言语为目的的.
研究的有的数据结构和算法会在Microsoft® .NET Framework 贰.0中更换,
但是绝大多数的概念是不会变的. 大家会利用Visual Studio® .NET 二零零零Debugger和debugger extension Son of Strike (SOS)来窥探一些数额结构.
SOS能够领悟CL翼虎内部的数据结构, 能够dump出有用的音讯. 通篇,
大家商谈谈在Shared Source CLI(SSCLI)中装有相关兑现的类, 你能够从
http://msdn.microsoft.com/net/sscli 下载到它们.

图表1 会帮助你在物色一些布局的时候到SSCLI中的音信.

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

在大家开首前,请小心:本文提供的新闻只对在X八陆平台上运营的.NET Framework
一.一立见作用(对于Shared Source CLI
1.0也诸多适用,只是在某个交互操作的景色下必须注意例外),对于.NET
Framework
二.0会有更换,所以请不要在营造软件时依赖于那一个内部结构的不改变性。

CLOdyssey运营程序(Bootstrap)成立的域

在CLLacrosse奉行托管代码的首先行代码前,会创立多少个使用程序域。当中七个对于托管代码乃至CL中华V宿主程序(CLR
hosts)都是不可知的。它们只可以由CLCRUISER运维进度创设,而提供CL福特Explorer运行进度的是shim——mscoree.dll和mscorwks.dll
(在多管理器系统下是mscorsvr.dll)。正如 图2
所示,这几个域是系统域(System Domain)和共享域(Shared
Domain),都以使用了单件(Singleton)形式。第多少个域是缺省应用程序域(Default
AppDomain),它是二个AppDomain的实例,也是天下无双的有命名的域。对于简易的CL奥迪Q5宿主程序,比如调控台程序,暗中认可的域名由可奉行映象文件的名字组成。其它的域能够在托管代码中央银行使AppDomain.CreateDomain方法创设,可能在非托管的代码中央银行使ICO汉兰达RuntimeHost接口创设。复杂的宿主程序,譬如ASP.NET,对于特定的网址会依照看用程序的多寡制造几个域。

图 2 由CL奥迪Q伍运维程序成立的域 ↓

图片 1

系统域(System Domain)

系统域担任创造和初阶化共享域和暗许使用程序域。它将系统库mscorlib.dll载入共享域,并且敬爱进程范围里边采取的涵盖可能显式字符串符号。

字符串驻留(string interning)是 .NET Framework
一.第11中学的两个优化本性,它的管理办法显得有个别昏头转向,因为CLLacrosse未有给程序集机会接纳此特性。固然如此,由于在富有的接纳程序域中对一个特定的标识只保留叁个相应的字符串,此个性可以节外省存空间。

系统域还承担产生进程范围的接口ID,并用来创立每种应用程序域的接口虚表映射图(InterfaceVtableMaps)的接口。系统域在进度中维系追踪全体域,并贯彻加载和卸载应用程序域的意义。

共享域(Shared Domain)

抱有不属于另外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以必备的。它会被机关加载到共享域中。系统命名空间的主导项目,如Object,
ValueType, Array, Enum, String, and
Delegate等等,在CL福特Explorer运行程序进度中被优先加载到本域中。用户代码也能够被加载到这些域中,方法是在调用CorBindToRuntimeEx时选拔由CL途乐宿主程序钦点的LoaderOptimization特性。调节台程序也足以加载代码到共享域中,方法是应用System.LoaderOptimizationAttribute特性证明Main方法。共享域还管理贰个接纳营地址作为目录的次第集映射图,此映射图作为管理共享程序集正视关系的查找表,这个程序集被加载到暗许域(DefaultDomain)和其余在托管代码中开创的运用程序域。非共享的用户代码被加载到私下认可域。

默认域(Default Domain)

默许域是运用程序域(AppDomain)的几个实例,一般的应用程序代码在内部运维。就算有个别应用程序要求在运维时创建额外的施用程序域(比如有些使用插件,plug-in,框架结构大概拓展第1的运作时期码生成专门的学问的应用程序),大多数的应用程序在运作时期只成立二个域。全体在此域运营的代码都是在域档案的次序上有上下文限制。假诺二个应用程序有多个应用程序域,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讯方可选取System.ContextBoundObject派生的品种创设。每一种应用程序域有友好的平安描述符(SecurityDescriptor),安全上下文(SecurityContext)和暗许上下文(DefaultContext),还应该有团结的加载器堆(高频堆,低频堆和代理堆),句柄表,接口虚表管理器和程序集缓存。

加载器堆(Loader Heaps)

加载器堆的意义是加载区别的运作时CLBMWX三部件和优化在域的1切生命期内设有的预制构件。这一个堆的滋长基于可预测块,那样能够使碎片最小化。加载器堆差别于垃圾回收堆(只怕对称多管理器上的八个堆),垃圾回收堆保存对象实例,而加载器堆同不常间保留类型系统。平常访问的部件如方法表,方法描述,域描述和接口图,分配在连续堆上,而较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问安全性(code
access security, CAS)的代理部件,如COM封装调用和平台调用(P/Invoke)。

从高档次理解域后,大家策动看看它们在2个轻便易行的应用程序的前后文中的物理细节,见
图3。咱们在程序运营时停在mc.Method1(),然后接纳SOS调节和测试器扩张命令DumpDomain来输出域的音信。(请查看
Son of
Strike
问询SOS的加载音讯)。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();
    }
}

我们的调整台程序,Sample1.exe,被加载到四个名字为”萨姆ple一.exe”的行使程序域。Mscorlib.dll被加载到共享域,可是因为它是主导系统库,所以也在系统域中列出。每种域会分配2个频繁堆,低频堆和代理堆。系统域和共享域使用同样的类加载器,而默许应用程序使用自身的类加载器。

出口未有展示加载器堆的保留尺寸和已交由尺寸。高频堆的初步化大小是32KB,每回提交4KB。SOS的出口也平素不显得接口虚表堆(InterfaceVtableMap)。种种域有二个接口虚表堆(简称为IVMap),由本人的加载器堆在域开首化阶段创设。IVMap保留大小是4KB,早先时交由4KB。大家将会在继续部分切磋项目布局时切磋IVMap的含义。

图2
展现私下认可的经过堆,JIT代码堆,GC堆(用于小目标)和大指标堆(用于大小也正是依旧超越八四千字节的对象),它注明了那些堆和加载器堆的语义区别。即时(just-in-time,
JIT)编译器产生x八六指令并且保留到JIT代码堆中。GC堆和大指标堆是用于托管对象实例化的废物回收堆。

品类原理

项目是.NET编制程序中的基本单元。在C#中,类型能够利用class,struct和interface关键字张开宣示。大许多门类由程序员显式创立,不过,在极其的并行操作(interop)情况和长距离对象调用(.NET
Remoting)地方中,.NET
CL奥迪Q7会隐式的发生类型,这么些发生的花色涵盖COM和周转时可调用封装及传输代理(Runtime
Callable Wrappers and Transparent Proxies)。

大家经过二个饱含对象引用的栈早先研讨.NET类型原理(规范地,栈是三个对象实例开头生命期的地点)。
图4中显得的代码包罗四个总结的程序,它有二个调整台的入口点,调用了三个静态方法。Method一创办一个SmallClass的门类实例,该项目涵盖一个字节数组,用于演示怎样在大目的堆创立对象。固然那是一段无聊的代码,不过能够接济大家开始展览座谈。

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 展现了结束在Create方法”return smallObj;”
代码行断点时的fastcall栈结构(fastcall时.NET的调用标准,它注解在恐怕的动静下将函数参数通过寄存器传递,而别的参数根据从右到左的11入栈,然后由被调用函数完结出栈操作)。本地值类型变量objSize内含在栈结构中。引用类型变量如smallObj以从来大小(四字节DWO奥迪Q5D)保存在栈中,包蕴了在形似GC堆中分配的靶子的地点。对于古板C++,那是指标的指针;在托管世界中,它是目的的引用。不管如何,它涵盖了二个对象实例的地方,我们将运用术语对象实例(ObjectInstance)描述对象引用指向地址地点的数据结构。

图5 SimpleProgram的栈结交涉堆

图片 2

貌似GC堆上的smallObj对象实例包括二个名字为 _largeObj
的字节数组(注意,图中突显的高低为85016字节,是实际的储备大小)。CLLX570对超过或等于八伍仟字节的靶子的拍卖和小指标分化。大目的在大目标堆(LOH)上抽成,而小指标在形似GC堆上成立,那样能够优化对象的分配和回收。LOH不会回落,而GC堆在GC回收时开始展览削减。还会有,LOH只会在一起GC回收时被回收。

smallObj的对象实例包蕴类型句柄(TypeHandle),指向对应品种的方法表。每一种表明的项目有3个方法表,而同等类型的具备目的实例都针对同二个方法表。它包含了类其余风味音讯(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,指向相应达成的槽表。

主意表指向2个名叫EEClass的显要数据结构。在艺术表创立前,CL卡宴类加载器从元数据中开创EEClass。
图4中,SmallClass的章程表指向它的EEClass。这一个构造指向它们的模块和顺序集。方法表和EEClass一般分配在共享域的加载器堆。加载器堆和使用程序域关联,这里涉及的数据结构1旦被加载到中间,就直到应用程序域卸载时才会消退。而且,暗许的利用程序域不会被卸载,所以这几个代码的生存期是截止CLSportage关闭截至。

目的实例

正如小编辈说过的,全数值类型的实例恐怕隐含在线程栈上,也许隐含在 GC
堆上。全数的引用类型在 GC 堆大概 LOH 上创造。图 6
展现了二个头名的指标布局。一个指标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形下的句柄表,寄存器(推行措施时的
this 指针和情势参数),具有终结器( finalizer )方法的靶子的终结器队列。
OBJECTREF 不是指向目的实例的开头位置,而是有一个 DWOLX570D 的偏移量( 4字节)。此 DWOCRUISERD 称为对象头,保存2个针对 SyncTableEntry 表的目录(从 1起始计数的 syncblk
编号。因为通过索引实行连接,所以在急需扩张表的轻重时, CLSportage能够在内部存款和储蓄器中活动这几个表。 SyncTableEntry 维护一个反向的弱引用,以便 CLEnclave能够追踪 SyncBlock 的全部权。弱引用让 GC
能够在未有其余强引用存在时回收对象。 SyncTableEntry 还保留了贰个针对
SyncBlock
的指针,包括了没有多少需求被3个目的的富有实例使用的实惠的新闻。那么些音信蕴含对象锁,哈希编码,任何转变层
(thunking) 数据和采纳程序域的目录。对于多数的靶子实例,不会为实在的
SyncBlock 分配内部存款和储蓄器,而且 syncblk 编号为 0 。这点在实践线程碰到如
lock(obj) 或许 obj.GetHashCode 的语句时会发生变化,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

在上述代码中, smallObj 会使用 0 作为它的序幕的 syncblk 编号。 lock
语句使得 CL奇骏 创设多个 syncblk 入口并运用相应的数值更新对象头。因为 C#
的 lock 关键字会扩充为 try-finally 语句并应用 Monitor 类,二个用作同步的
Monitor 对象在 syncblk 上创立。堆 GetHashCode
的调用会选用对象的哈希编码扩充 syncblk 。
在 SyncBlock 中有任何的域,它们在 COM 交互操作和封送委托( marshaling
delegates )到非托管代码时使用,但是这和卓绝的指标用处无关。
种类句柄紧跟在目的实例中的 syncblk
编号后。为了保障一而再性,笔者会在验证实例变量后探究类型句柄。实例域(
Instance 田野同志)的变量列表紧跟在项目句柄后。默许意况下,实例域会以内部存款和储蓄器最有效选取的主意排列,那样只须要最少的当作对齐的填充字节。
7
的代码展现了 SimpleClass 包涵有部分不等尺寸的实例变量。

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 展现了在 Visual Studio 调节和测试器的内存窗口中的贰个 SimpleClass
对象实例。大家在图 柒 的 return 语句处设置了断点,然后接纳 ECX
寄存器保存的 simpleObj 地址在内部存储器窗口显示对象实例。前 四 个字节是 syncblk
编号。因为大家一贯不用任何共同代码应用此实例(也未尝访问它的哈希编码),
syncblk 编号为 0 。保存在栈变量的对象实例,指向起初位置的 伍个字节的偏移处。字节变量 b一,b2,b三 和 b4 被一个接贰个的排列在共同。七个short 类型变量 s一 和 s2 也被排列在协同。字符串变量 str 是一个 四 字节的
OBJECTREF ,指向 GC
堆中分红的实际上的字符串实例。字符串是二个专门的体系,因为有着包蕴一样文字标志的字符串,会在先后集加载到进程时指向三个大局字符串表的等同实例。这些进度称为字符串驻留(
string interning ),设计指标是优化内部存款和储蓄器的施用。大家事先早已提过,在 NET
Framework 一.一 中,程序集无法选取是还是不是利用那么些进度,就算现在版本的 CL悍马H贰大概会提供这么的力量。

图 8 Debugger Memory Window for Object Instance
图片 4

于是私下认可意况下,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。在相互操作的状态下,词典顺序必须被封存到内部存款和储蓄器中,那时能够动用
StructLayoutAttribute 天性,它有二个 LayoutKind 的枚举类型作为参数。
LayoutKind.Sequential 可感觉被封送( marshaled
)数据保持词典顺序,就算在 .NET Framework 一.第11中学,它未有影响托管的布局(不过 .NET Framework 二.0
只怕会那样做)。在互相操作的图景下,要是您真的须求相当的填充字节和出示的调节域的逐一,
LayoutKind.Explicit 可以和域等级次序的 FieldOffset 天性一同使用。

看完底层的内部存款和储蓄器内容后,大家选取 SOS 看看对象实例。二个有效的通令是
DumpHeap
,它能够列出全体的堆内容和一个专程类型的有着实例。不需求信赖寄存器,
DumpHeap 能够来得大家创制的不今不古一个实例的地点。

!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

对象的总大小是 36 字节,不管字符串多大, SimpleClass 的实例只含有一个DWO凯雷德D 的靶子引用。 SimpleClass 的实例变量只占用 2八 字节,其它 八个字节包含项目句柄( 四 字节)和 syncblk 编号( 四 字节)。找到 simpleObj
实例的地址后,大家能够使用 DumpObj 命令输出它的内容,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# 编写翻译器对于类的私下认可布局使用 LayoutType.Auto
(对于组织采纳 LayoutType.Sequential
);由此类加载注重新排列实例域以最小化填充字节。大家得以采纳 ObjSize
来输出包括被 str 实例占用的半空中,如下所示:

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

壹经你从目的图的大局大小( 7二 字节)减去 SimpleClass 的分寸( 36字节),就足以获得 str 的深浅,即 36 字节。让大家输出 str
实例来评释这么些结果:

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

比如你将字符串实例的大小(36字节)加上SimpleClass实例的轻重缓急(36字节),就足以获得ObjSize命令报告的总大小7二字节。

请留心ObjSize不带有syncblk结构占用的内部存款和储蓄器。而且,在.NET Framework
一.第11中学,CLSportage不晓得非托管财富占用的内部存款和储蓄器,如GDI对象,COM对象,文件句柄等等;由此它们不会被那么些命令报告。

针对方法表的项目句柄在syncblk编号后分配。在对象实例创设前,CL卡宴查看加载类型,假设未有找到,则进行加载,获得方法表地址,创制对象实例,然后把品种句柄值追加到对象实例中。JIT编写翻译器发生的代码在进展艺术分派时选拔项目句柄来恒定方法表。CLLX570在急需史能够透过措施表反向访问加载类型时接纳项目句柄。

Son of Strike
SOS调节和测试器增加程序用于本文化的呈现CLEvoque数据结构的剧情,它是 .NET
Framework 安装程序的1有些,位于
%windir%\Microsoft.NET\Framework\v1.1.4322。SOS加载到进程在此之前,在
Visual Studio 中启用托管代码调节和测试。 增加 SOS.dll
所在的公文夹到PATH景况变量中。 加载 SOS.dll, 然后安装三个断点, 展开
Debug|Windows|Immediate。然后在 Immediate 窗口中实施 .load
sos.dll。使用 !help
获取调节和测试相关的有的限令,关于SOS越来越多音讯,参考这里

方法表

各样类和实例在加载到使用程序域时,会在内存中经过措施表来表示。那是在对象的率先个实例成立前的类加载活动的结果。对象实例表示的是状态,而艺术表表示了作为。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映射到内部存款和储蓄器的元数据结构(metadata
structures)。方法表包蕴的音信和外挂的音信能够透过System.Type访问。指向方法表的指针在托管代码中得以由此Type.RuntimeTypeHandle属性得到。对象实例包罗的类别句柄指向方法表起初地方的摇拽处,偏移量暗中认可处境下是12字节,包罗了GC音信。大家不筹算在这里对其张开座谈。

图 9
突显了点子表的卓著布局。我们会注明项目句柄的部分要害的域,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)起始,因为它一贯关乎到运转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计算的靶子的轻重缓急,基于代码中扬言的域。此前已经探讨过,当前GC的达成必要三个至少1二字节的目的实例。假如1个类没有概念任何实例域,它至少含有额外的多少个字节。别的的八个字节被对象头(可能带有syncblk编号)和项目句柄占用。再说壹回,对象的高低会惨遭StructLayoutAttribute的影响。

看看图3中体现的MyClass(有八个接口)的措施表的内部存款和储蓄器快照(Visual
Studio .NET
200三内部存款和储蓄器窗口),将它和SOS的输出实行比较。在图9中,对象大小位于肆字节的撼动处,值为1二(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

方法槽表(Method Slot Table)

在措施表中涵盖了3个槽表,指向各种艺术的描述(MethodDesc),提供了类别的行为本事。方法槽表是基于方法达成的线性链表,遵照如下顺序排列:承继的虚方法,引进的虚方法,实例方法,静态方法。

类加载器在现阶段类,父类和接口的元数据中遍历,然后成立方法表。在排列进程中,它替换全体的被掩盖的虚方法和被埋伏的父类方法,创设新的槽,在急需时复制槽。槽复制是要求的,它能够让每一种接口有投机的小不点儿的vtable。不过被复制的槽指向同1的情理完毕。MyClass包蕴接口方法,3个类构造函数(.cctor)和对象构造函数(.ctor)。对象构造函数由C#编写翻译器为具有未有显式定义构造函数的指标自动生成。因为大家定义并初叶化了叁个静态变量,编写翻译器会生成2个类构造函数。图10显示了MyClass的方法表的布局。布局呈现了拾一个艺术,因为Method二槽为接口IVMap进行了复制,下边大家会开始展览研讨。图11体现了MyClass的章程表的SOS的出口。

图10 MyClass MethodTable Layout
图片 6

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()

任何项目标始发四个艺术总是ToString, Equals, GetHashCode, and
Finalize。那几个是从System.Object继承的虚方法。Method2槽被开始展览了复制,不过都针对一样的办法描述。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壹组。

主意描述(MethodDesc)

方法描述(MethodDesc)是CLWrangler知道的方法实现的叁个封装。有几体系型的法子描述,除了用于托管完毕,分别用于差异的并行操作实现的调用。在本文中,大家只侦察图3代码中的托管方法描述。方法描述在类加载进度中发生,初叶化为指向IL。每一个方法描述包涵多少个预编写翻译代理(PreJitStub),担负触发JIT编写翻译。图12呈现了三个独一无二的布局,方法表的槽实际上指向代理,而不是实在的艺术描述数据结构。对于实际的不二诀要描述,那是-5字节的摆荡,是各种方法的八个附加字节的壹有的。那多少个字节包括了调用预编译代理程序的吩咐。五字节的撼动能够从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八个字节。在第贰回调用时,会调用JIT编写翻译程序。在编写翻译实现后,包括调用指令的四个字节会被跳转到JIT编写翻译后的x八6代码的任务跳转指令覆盖。

图 12艺术描述

图片 7

图12的点子表槽指向的代码实行反汇编,展现了对预编写翻译代理的调用。以下是在
Method二 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

明天大家施行此措施,然后反汇编一样的地方:

!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

在此地点,唯有开始多少个字节是代码,剩余字节包罗了Method贰的法子描述的数量。“!u”命令不掌握那点,所以生成的是无规律的代码,你能够忽略七个字节后的享有东西。

CodeOrIL在JIT编写翻译前带有IL中方法完毕的相对虚地址(Relative Virtual
Address
,ENVISIONVA)。此域用作标记,表示是不是IL。在按供给编写翻译后,CLRubicon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甄选二个,然后用DumpMT命令分别出口在JIT编写翻译前后的措施描述的内容:

!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,方法描述的源委如下:

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

办法的这么些标记域的编码包涵了措施的品类,举个例子静态,实例,接口方法照旧COM达成。让大家看方法表此外四个繁杂的上边:接口达成。它包裹了布局进程具备的复杂性,让托管情形以为那点看起来轻便。然后,我们将表达接口怎么着进展布局和依靠接口的办法分派的适龄职业方法。

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

在措施表的第2贰字节偏移处是二个重视的指针,接口虚表(IVMap)。如图9所示,接口虚表指向二个施用程序域档期的顺序的映射表,该表以进度层次的接口ID作为目录。接口ID在接口类型第3遍加载时创设。每种接口的完成都在接口虚表中有多少个笔录。假若MyInterface一被四个类达成,在接口虚表表中就有多少个记录。该记录会反向指向MyClass方法表内含的子表的初叶地点,如图9所示。那是接口方法分派产生时利用的引用。接口虚表是基于方法表内含的接口图消息创设,接口图在艺术表布局进度中基于类的元数据成立。1旦类型加载成功,只有接口虚表用于方法分派。

第1八字节地方的接口图会指向内含在点子表中的接口音信记录。在这种情景下,对MyClass达成的三个接口中的每一个都有两条记下。第壹条接口音讯记录的开始四个字节指向MyInterface1的品类句柄(见图9图10)。接着的WO猎豹CS陆D(2字节)被一个标注占用(0代表从父类派生,一代表由近些日子类达成)。在声明后的WO兰德酷路泽D是多个方始槽(Start
Slot),被类加载器用来布局接口完成的子表。对于MyInterface贰,早先槽的值为肆(从0起先编号),所以槽伍和六指向完成;对于MyInterface二,起始槽的值为陆,所以槽七和8指向实现。类加载器会在急需时复制槽来产生这么的遵守:每种接口有温馨的兑现,然而物理映射到同一的主意描述。在MyClass中,MyInterface1.Method2和MyInterface2.Method2会指向一样的落到实处。

听说接口的点子分派通过接口虚表进行,而一贯的主意分派通过保留在各个槽的诀要描述地址进行。如以前提起,.NET框架使用fastcall的调用约定,初阶三个参数在恐怕的时候一般通过ECX和EDX寄存器传递。实例方法的首先个参数总是this指针,所以通过ECX寄存器传送,能够在“mov
ecx,esi”语句看到那或多或少:

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

那个反汇编展现了直白调用MyClass的实例方法未有运用偏移。JIT编译器把艺术描述的地点直接写到代码中。基于接口的分担通过接口虚表发生,和一向分派相比较要求部分附加的指令。几个发令用来赢得接口虚表的地址,另三个获得格局槽表中的接口完结的开头槽。而且,把1个指标实例调换为接口只要求拷贝this指针到对象的变量。在图第22中学,语句“mi1=mc”使用三个发令把mc的靶子引用拷贝到mi一。

虚分派(Virtual Dispatch)

今昔大家看看虚分派,并且和基于接口的分摊进行比较。以下是图3中MyClass.Method三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

虚分派总是通过贰个稳住的槽编号爆发,和措施表指针在一定的类(类型)完成档次非亲非故。在点子表布局时,类加载器用覆盖的子类的落到实处替代父类的落到实处。结果,对父对象的主意调用被分摊到子对象的兑现。反汇编展现了分派通过八号槽发生,能够在调节和测试器的内部存款和储蓄器窗口(如图10所示)和DumpMT的出口看到这或多或少。

静态变量(Static Variables)

静态变量是方法表数据结构的最主要组成都部队分。作为艺术表的壹某些,它们分配在措施表的槽数组后。全部的本来面目静态类型是内联的,而对于协会和引用的类别的静态值对象,通在句柄表中创立的靶子引用来针对。方法表中的对象引用指向应用程序域的句柄表的指标引用,它引用了堆上成立的靶子实例。一旦创设后,句柄表内的对象引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指向句柄表的指标引用,后者指向GC堆上的MyString。

EEClass

EEClass在措施表成立前开首生活,它和办法表组成起来,是类别注明的CLCR-V版本。实际上,EEClass和措施表逻辑上是二个数据结构(它们一齐表示三个连串),只可是因为使用频度的分化而被分开。平时使用的域放在方法表,而不平日应用的域在EEClass中。那样,必要被JIT编写翻译函数使用的消息(如名字,域和摇头)在EEClass中,不过运营时索要的音信(如虚表槽和GC消息)在措施表中。

对每3个门类会加载一个EEClass到应用程序域中,包含接口,类,抽象类,数组和布局。每一个EEClass是1个被实行引擎追踪的树的节点。CL汉兰达使用这一个网络在EEClass结构中浏览,其目标包涵类加载,方法表布局,类型验证和类型调换。EEClass的子-父关系基于继承档期的顺序创建,而父-子关系基于接口等级次序和类加载顺序的重组。在实施托管代码的进度中,新的EEClass节点被参加,节点的关联被补充,新的关联被确立。在互连网中,相邻的EEClass还也许有四个程度的涉嫌。EEClass有八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,请参见图13

图13只显示了和这几个研究有关的一些域。因为大家忽略了布局中的一些域,大家未有在图中合适展现偏移。EEClass有一个直接的对于措施表的引用。EEClass也针对在暗中认可使用程序域的多次堆分配的法门描述块。在措施表创立时,对过程堆上分配的域描述列表的四个引用提供了域的布局音讯。EEClass在运用程序域的低频堆分配,那样操作系统能够更加好的举行内部存储器分页处理,由此削减了办事集。

图13 EEClass 布局

图片 8

图13中的别的域在MyClass(图3)的上下文的含义不言自明。我们今日探视使用SOS输出的EEClass的实在的情理内部存款和储蓄器。在mc.Method一代码行设置断点后,运行图三的次第。首先选拔命令Name二EE获得MyClass的EEClass的地点。

!Name2EE C:WorkingtestClrInternalsSample1.exe MyClass

MethodTable: 009552a0
EEClass: 02ca3508
Name: MyClass

Name二EE的首先个参数时模块名,能够从DumpDomain命令获得。今后大家获得了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的输出看起来完全同样。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。从相邻链指向名字为Program的EEClass,能够领略图一三展现的是加载Program时的结果。

MyClass有柒个虚表槽(能够被虚分派的措施)。固然Method壹和Method贰不是虚方法,它们得以在经过接口进行分摊时被认为是虚函数并进入到列表中。把.cctor和.ctor出席到列表中,你会获得总共1二个章程。最终列出的是类的多少个静态域。MyClass未有实例域。其它域不言自明。

结论

大家关于CLTiguan一些最要紧的内在的研讨旅程终于甘休了。明显,还会有繁多题目亟需涉及,而且亟需在更加深的档次上商量,不过我们期望那足以帮忙您看到东西如何是好事。这里提供的无数的音信恐怕会在.NET框架和CLMurano的新兴版本中改换,可是固然本文提到的CL汉兰达数据结构或许变动,概念应该维持不改变。

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