重温CLR（三）类型基础

所有类型都从System.Object派生

“运行时”要求每个类型最终都要从System.Object类型派生。也就是说，一下两个类型的定义完全一致。

//隐式派生自Object
class Employee｛
    …
｝
//显式派生自Object
class Employee: System.Object{
}

由于所有类型最终都从System.Object派生，所以每个类型的每个对象都保证了一组最基本的方法。具体地说，System.Object类提供了如表4-1所示的公共实例方法。

此外，从System.Object派生的类型能访问下表的受保护的方法

clr要求所有对象都用new操作符创建。以下代码展示了如何创建一个List对象：

ModuleItem modulePicc = new ModuleItem(“agent”);

以下是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”（type object pointer）和“同步块索引”（synv block index）。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零（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（上例就是字符串“agent”）。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，返回指向新建对象一个引用（指针）。在前面的实例代码中，该引用保存到变量modulePicc中，后者具有ModuleItem类型

顺便说一句，没有和new操作符操作符对应的delete操作符；换而言之，没有办法显式释放对象分配的内存。clr采用了垃圾回收机制，能自动检测到一个对象不再被使用或访问，并自动释放对象的内存。

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备注：同步块索引是什么?

是索引啦。。。。不过这个索引指向哪儿，作用是什么，才是最关键的问题。引用类型对象的同步块索引有这么两个作用：

1． lock当一个线程lock的时候（即 Monitor.Enter ），该线程会检查参数中的对象的同步块索引， 是否已经有关联的同步块。若没有， CLR就会在全局的SyncBlock数组里找到一个空闲的项，然后将数组的索引赋值给该对象的同步块索引。若存在，则通过同步块索引获取SyncBlock数组的项。然后， 该线程会设置SyncBlock里的内容，标识出已经有一个线程占用了。当有其他线程想lock时，会检查参数的SyncBlock里的内容，发现已经有线程占用了，其他线程就会等待。lock执行完，占用的线程就会释放SyncBlock，其他线程就可以使用了。

2. GetHashCode（要说明下同步块索引在32位机器占用32位，高6位作为控制位，表示参与的操作，后26位的含义随着高6位的不同而不同。）GetHashCode时，先通过 ComputeHashCode 方法得出一个哈希值，然后将这个哈希值与其他几个值进行几次或操作，就得到了一个对象的GetHashCode方法返回给我们使用的值。其中参与或操作的一个值，就是同步块索引的后26位的值。而这时同步块索引的高6位代表的含义中就有表示这后26位值用于参加GetHashCode的含义。尽我能力写了，不知道能看明白不。附上链接，里面讲得很详细。

http://www.cnblogs.com/yuyijq/archive/2009/03/13/1410071.html

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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方法即可知道对象的确切类型。由于它是非虚方法，所以一个类型不可能伪装成另一个类型。例如，Employee类型类型不能重写GetType方法并返回一个SuperHero类型。

开发人员经常需要将对象从一种类型转换为另一种类型。clr允许将对象转换为它的（实际）类型或者它的任何基类型。每种编程语言都规定了开发人员具体如何进行这种类型转换操作。例如，c#不要求任何特殊语法即可将对象转换为它的任何基类型，因为向基类型的的转换被认为是一种安全的隐式转换。然后，将对阵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。一下代码演示了向基类型和派生类型的的转换：

Object o=new Employee();

Employee e = (Employee)o;

使用C#的is和as操作符来转换类型

在c#语言进行类型转换的另一种方式是使用is和as操作符。这里比较常用的是as，因为会减少一次判断，毕竟这种转换还是有性能损失的。

is用法

Object o = new ObjectU;
Boolean bl = (o is Object);   // bl 为 true.
Boolean b2 = (o is Employee);     // b2 为 false.
如果对象引用null，is操作符总是返回false。

as用法

Employee e= o as Employee;
if(e!=null){
       //在if语句中使用e
}

命名空间和程序集

命名空间对相关的类型进行逻辑分组，开发人员可通过命名空间方便地定位类型。例如，system.test命名空间定义了执行字符串处理的类型，而System.io命名空间定义了执行i/o操作的类型。

对于编译器，命名空间的作用就是为类型名称附加以句点分隔的符号，使名称变得更长，更可能具有唯一性。

重要提示：clr对“命名空间”一无所知。访问类型时，clr需要知道类型的完整名称（可能是相当长的、包含句点符号的名称）以及该类型的定义具体在哪个程序集中，这样“运行时”才能加载正确程序集，找到目标类型，并对其进行操作。

using指令简化了类型名称，编译器会对当前代码中未识别的类型自动去匹配using 中引用的命名空间，直到找到对应类型。当然也会有潜在问题：可能两个或更多类型在不同命名空间中同名。为了消除歧义，必须显式告诉编译器需要需要生死用哪个类型。

c# using指令的另一种形式允许为类型或命名空间创建别名。如果只想使用命名空间中的少量代码，不想它的所有类型都跑出来“污染”全局命名空间，别名就显得十分方便。

using a=wwwwww.asdasd;

注意：命名空间和程序集不一定相关。特别是，同一个命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，例如system.int32和system.text.stringBuilder类型都在MSCorLib.dll程序集中。

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。

图4-2展示了已加载clr的一个windows进程。该进程可能有多个线程。线程创建时会分配到1mb的栈。栈空间用于向方法传递实参，方法内部定义的局部变量也在栈上。栈从高位内存地址向低位内存地址构建，图中现在已执行了一些代码，栈上已有一些数据了（栈顶阴影区域）。现在，假定线程执行的代码要调用M1方法。

最简单的方法包含“序幕”（prologue）代码，在方法开始做工作前对其进行初始化；还包含“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。M1方法开始执行时，它的“序幕”代码在线程栈上分配局部变量name的内存，如下图。

　　然后M1调用M2方法，将局部变量name作为实参传递。这造成name局部变量中的地址被压入栈，如图4-4。M2方法内部使用参数变量s标识栈位置（注意：有的cpu架构用寄存器传递实参以提升性能，但这个区别对于当前问题不重要）。另外，调用方法时还会将“返回地址”压入栈，被调用的方法在结束之后应返回至该位置。

M2方法开始执行时，它的“序幕”代码在线程栈中为局部变量length和tally分配内存，如图4-5。然后M2方法内部代码开始执行，最终，M2抵达它的return语句，造成CPU的指令执政被设置成栈中的返回地址，M2的栈展开（unwind）。之后，M1继续执行M2调用之后的代码，M1的栈帧将准确反应M1需要的状态。

最终，M1会返回到它的调用者。

现在，让我们围绕CLR来调整一下讨论，假如有以下两个类定义：

windows进程已启动，clr已加载到其中，托管堆已初始化，而且已创建一个线程（连同它的1mb栈空间）。线程已执行了一些代码，马上就要调用M3方法。图4-6展示了目前的状态。

jit编译器将M3的IL代码转换成本机CPU指令时，会注意到M3内部引用的所有类型，这时CLR要确认定义了这些类型的所有程序集都已加载。然后，利用程序集的元数据，clr提取与这些类型有关的信息，创建一些数据结构来表示类型本身。

稍微讨论一下这些类型对象。堆上的所有对象都包含两个额外成员：类型对象指针（type object pointer）和同步块索引（sync block index）。定义类型时，可在类型内部定义静态数据字段。为这些静态数据字段提供支援的字节在类型对象中分配。每个类型对象最后都包含一个方法表。在方法表中，类型定义的每个方法都有对应的记录项。

当CLR确认方法需要的所有类型对象都已创建，M3的代码 编译之后，就允许线程执行M3的本机代码。M3的“序幕”代码执行时必须在线程栈中为局部变量分配内存，如图4-8所示。顺便说一句，作为“序幕”代码的一部分，clr自动将所有局部变量初始化为null或者0.然而，如果代码视图访问尚未显式初始化的局部变量，c#会报告错误，使用了未赋值的局部变量。

此外，在调用类型的构造器（本质上是可能修改某些实例数据字段的方法）之前，clr会先初始化同步块索引，并将对象的所有实例字段设为null或者0。new 操作符返回对象的内存地址，该地址保存在变量e中（变量e在线程栈上）。

　　M3的下一行代码调用Employee的静态方法Lookup。调用静态方法时，clr会定位与定义静态方法的类型对应的类型对象。然后，jit编译器在类型对象的方法表中查找与被调用方法对应的记录项，对方法进行jit编译（如果需要的话），再调用Jit编译好的代码。由于lookyo方法在堆上构造一个新的manager对象，用joe的信息初始化它，返回该对象的地址。该地址保存到局部变量e中。这个操作结果如图4-10。

注意，e不再引用第一个manager对象。事实上，由于没有变量引用该对象。所以他是未来垃圾回收的主要目标。

M3的下一行代码调用Employee的非虚实例方法GetYearsEmployed。调用非虚实例方法时，jit编译器会找到与“发出调用的那个变量e的类型”对应的类型对象Employee。如果Employee类型没有定义正在正在调用的那个方法，jit编译器会回溯类层次结构（一直回溯到object，这也是方法覆盖的实现原理），并在沿途的每个类型中查找该方法。之所以能这样回溯，因为每个类型对象都有一个字段引用了它的基类型，这个信息在图中没有显示。

M3调用Employee的虚实例方法GetProgressReport时，jit编译器要在方法中生成一些额外的的代码；方法每次调用都会执行这些代码。这些代码首先检查发出调用的变量，并跟随地址来到发出调用的对象。变量e当前引用的是代表“jor”的manager对象，所以会调用manager的GetProgressReport实现。

以上我们讨论了源代码、il和jit编译的代码之间的关系。还讨论了线程栈、实参、局部变量以及这些实参和变量如果引用托管堆上的对象。结束本章之前，我们一起探讨下clr内部发生的事情。

注意Employee和Manageer类型对象都包含“类型对象指针”成员。这是由于类型对象本质上也是对象。clr创建类型对象时，必须初始化这些成员。初始化成什么呢？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Manageer类型对象都是该类型的“实例”。因此，他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。如图4-13

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。这个指针指向什么？他指向它它而本身，因为system.type类型对象本身是一个类型对象的“实例”。顺便说一句，system.objicet的getType方法返回存储在指定对象的“类型对象指针”成员中的地址。也就是说，getType方法返回指向对象的类型对象的指针。这样就可判断系统中任何对象（包括类型对象本身）的真实类型。