C#/.Net的多播委托到底是啥？彻底剖析下

前言

委托在.Net里面被托管代码封装了之后，看起来似乎有些复杂。但是实际上委托即是函数指针，而多播委托，即是函数指针链。本篇来只涉及底层的逻辑，慎入。

概括

1.示例代码

public delegate void ABC(); //委托写在类的外面
public class Test
{
  public ABC AAA;
  public void A() {  }
  public void B() {  }
}
static void Main(string[] args)
{
   Test test = new Test();
   test.AAA += new ABC(test.A);
   test.AAA += new ABC(test.B);
   test.AAA(); //test.AAA.Invoke();
}

以上的test.AAA+=的等号后面每放一个函数，就相当于多了一个函数指针。号称：多播委托。

2.多播原理伪代码

以上委托可以简化成以下伪代码，其它所有多播委托均可依次类推。

int i;// i表示多播委托的次数
if(i==1) //也就是只test.AAA += new ABC(test.A);然后调用test.AAA()
{
   test.A() //只有一个多播，直接调用这一个函数
}
else // 如果大于一个多播委托，如示例两个多播
{
   IntPtr FunPtr=test.A()+test.B(); //函数A和函数B形成了一个新的托管地址
   FunPtr();//在新形成的托管地址里面分别调用函数A和函数B
}

3.内存模型

对象(object)的内存,大致是：

为了简洁，实质非常庞大
header+MethodTable+field

委托根据对象来，以示例代码的test对象为例，test对象有一个filed也即是委托类型的变量AAA。AAA则是new ABC得来的。new ABC所实例化对象的filed是分别为函数A,B。那么他们的内存模型如下所示:

test==header+Mehtodtalbe + AAA(test.AAA(1) or test.AAA(2)+test.AAA(1))
test.AAA(1)==new ABC(test.A):header+Methodtable+函数A(precode)
test.AAA(2)==new ABC(test.B):header+Methodtable+函数B(precode)

特例：当只有一个多播委托（多播伪代码里的i==1），类似于以下这种情况：

如果：
static void Main(string[] args)
{
   Test test = new Test();
   test.AAA += new ABC(test.A);//只有一个多播
   test.AAA(); //test.AAA.Invoke();
}
那么：
test==header+Mehtodtalbe + AAA(test.AAA(1))
test.AAA(1)==new ABC(test.A)(header+Methodtable+函数A(precode，offset:0x18))

内存：
0x000001DB38D552C0  00007ffa3b3654d8 000001db38d55858
这里的0x000001DB38D552C0即test的MethodTable地址。
000001db38d55858即new ABC(test.A)的MethodTable地址

委托里面只有一个方法test.A（多播伪代码里的i==1），这种情况的话，JIT会直接寻找test.AAA(1)的MethodTable,加上偏移位0x18,也即是函数test.A的函数地址。然后运行。

注意了，因为对象test只有一个filed:AAA。超过一个以上的多播(多播伪代码里的i!=1，也即else逻辑)，它的field是一直变化的，比如new ABC(test.A)的时候，它的filed是test.AAA(1)。而new ABC(test.B)的时候，它的field则是test.AAA(2)+test.AAA(1)组合成的托管函数，覆盖掉前面的。如果有test.AAA(3),那么后面继续组合，继续覆盖test对象的field。

当它组合之后，形成一个新的地址，CLR会在这个地址的基础上加上偏移量0x18（同上特例）进行托管函数代码调用。JIT Compile之后，在里面分别调用函数test.A,test.B，完成委托的多播。

参照如下代码：

test.AAA(); //test.AAA.Invoke();
00007FFA3AFF7A27  mov         rcx,qword ptr [rbp+28h]
00007FFA3AFF7A2B  mov         rcx,qword ptr [rcx+8]
00007FFA3AFF7A2F  mov         rax,qword ptr [rbp+28h]
00007FFA3AFF7A33  call        qword ptr [rax+18h]
00007FFA3AFF7A36  nop

4.托管和非托管

依次调用顺序，以下函数按照顺序在多播委托中调用：

托管：

System.MulticastDelegate:CtorClosed //把对象test对象的field设置为abc
System.Delegate:Combine //组合成新的委托，也即函数指针链，如果只有一个多播，则即那一个函数指针
System.Runtime.CompilerServices.CastHelpers.ChkCastClass //进行类型转换

非托管：

JIT_WriteBarrier //设置card_table，防止GC标记的时候漏掉

5.原理图

多播委托原理如下图所示：



单个委托实际上就是调用函数指针，而多个委托，则是通过多播委托组合单个委托形成一个新的托管函数，在这个托管函数里面进行单个函数一一调用。

结尾

作者：江湖评谈

关注公众号:jianghupt。后台回复:dotnet7。获取一套.Net7 CLR源码教程。