NET CLR via C#（第4版）第4章 类型基础

本章内容：

1 所有类型都从System.Object派生

2 类型转换

3 命名空间和程序集

4 运行时的相互关系

 

本章讲述使用类型和CLR时需掌握的基础知识。具体地说，要讨论所有类型都具有的一组基本行为。

讨论类型安全性、命名空间、程序集、以及如何将对象从一种类型转换成另一种类型。

本章最后会解释类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系。

 

4.1 所有类型都从System.Object派生

CLR要求每个类型最终都从System.Object类型派生。从而确保类每个对象都具备一组最基本的方法。

[公开方法]

Equals

GetHashCode

ToString

GetType

[受保护方法]

MemberwiseClone

Finalize

 

CLR要求所有对象都用new操作符创建。

以下new操作符所做的事情：

1 计算类型及其所有基类型（一直到System.Object，虽然它没有定义自己的实例字段）中定义的所有实例字段需要的字节数。堆上每个对象都需要一些额外的成员，包括“类型对象指针”和“同步块索引”。CLR利用这些成员管理对象。额外成员的字节数要计入对象大小。

2 从托管堆中分配类型要求的字节数，从而分配对象的内存，分配的所有字节都设为0。

3 初始化对象的“类型对象指针”和“同步块索引”成员。

4 调用类型的实例构造器，传递在new调用中指定的实参。大多数编译器都在构造器中自动生成代码来调用基类构造器。每个类型的构造器都负责初始化该类型定义的实例字段。最终调用System.Object的构造器，该构造器什么都不做，简单地返回。

 

new执行了所有这些操作之后，返回指向新建对象的一个引用（或指针）。

并且没有和new操作符对应的delete操作符；换言之，没有办法显式释放为对象分配的内存。CLR采用了垃圾回收机制，自动检测一个对象不再被使用或是访问，并自动释放该对象的内存。

 

4.2 类型转换

CLR最重要的特性之一就是类型安全。在运行时，CLR总是知道对象的类型是什么。调用GetType方法即可。

 

CLR允许将对象转换为它的（实际）类型或者它的任何基类型。

C#不要求任何特殊语法即可讲对象转换为它的任何基类型，因为向基类型的转换被认为是一种安全的隐式转换；然而，将对象转换为它的某个派生类型时，C#要求开发人员只能进行显式转换，因为这种转换可能在运行时失败。

 

使用C#的is和as操作符来转型

is检查对象是否兼容于指定类型，返回Boolean值，is操作符永远不抛出异常；

CLR的类型检查增强了安全性，但无疑会对性能造成一定影响。这是因为CLR首先必须判断变量引用的对象的实际类型，然后，CLR必须遍历继承层次结构，用每个基类型去核对指定的类型。

由于这是一个相当常用的编程模式，所以C#专门提供了as操作符，目的是简化这种代码的写法，同时提升性能。CLR核实一个对象是否兼容与一种类型，如果是，as返回同一个对象的非null引用，如果不兼容，as返回null。注意：as操作符只校验一次对象类型。

 

C#允许类型定义转换操作符方法，详情参见8.5节 “转换操作符方法”。

 

4.3 命名空间和程序集

命名空间 对相关的类型进行逻辑分组，开发人员可以通过命名空间方便定位类型。

 

对于编译器，命名空间的作用就是为类型名称附件以句号分割的符号，使名称变得更长，更可能具有唯一性。

 

CLR对“命名空间”一无所知。

C# using指令的另一种形式允许为类型或命名空间创建别名。

 

命名空间和程序集的关系

注意，命名空间和程序集（实现类型的文件）不一定相关。特别是，同一个名空间中的类型可能在不同程序集中实现，同一个程序集也可能包含不同命名空间中的类型。

在文档中查找类型时，文档会明确指出类型所属的命名空间，以及实现了该类型的程序集。

 

4.4 运行时的相互关系

本节将解释类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系。

此外，还将解释调用静态方法、实例方法和虚方法的区别。

 

“序幕”（prologue）代码：在方法开始做工作前对其进行初始化；

“尾声”（epilogue）代码：在方法做完工作后对其进行清理，以便返回至调用者。

 

堆上所有对象都包含两个额外成员：类型对象指针 和 同步块索引。

 

对象含有一个指针指向对象的类型对象（类型对象中包含静态字段表和方法表）。

 

CLR创建类型对象时，必须初始化这些成员。CLR开始在一个进程中运行时，会立即为MSCorLib.dll中定义的System.Type类型创建一个特殊的类型对象。Employee和Manager类型对象都是该类型的“实例”。因此，它们的类型对象指针成员会初始化成对System.Type类型对象的引用。当然，System.Type类型对象本身也是对象，内部也有“类型对象指针”成员。这个指针指向它本身，因为System.Type类型对象本身是一个类型对象的“实例”。这就是CLR的整个类型系统及其工作方式。也就是说，GetType方法返回指向对象的类型对象的指针，这样就可以判断系统中的任何对象的真实类型了。