读书笔记—CLR via C#章节4-7

前言

这本书这几年零零散散读过两三遍了，作为经典书籍，应该重复读反复读，既然我现在开始写博了，我也准备把以前觉得经典的好书重读细读一遍，并且将笔记整理到博客中，好记性不如烂笔头，同时也在写的过程中也可以加深自己理解的深度，当然同时也和技术社区的朋友们共享

对象的祖先 – Object

• 公共方法
  • Equals， 虚方法，对象相等性，默认调用RuntimeHelpers.Equals方法
  • GetHashCode，虚方法，返回哈希吗（随机分布的整数），在哈希表中作为键使用
  • ToString ， 默认返回 this.GetType().FullName，调试器默认调用此方法
  • GetType， 返回从Type派生的对象实例，包含Type对象类型元数据信息，和反射配合使用。设计为非虚方法可以防止重写，因为重写会引起欺瞒类型从而破坏类型安全性
• 受保护的方法
  • MemberwiseClone， 非虚方法，浅拷贝（创建新实例，复制实例字段），感觉是一个鸡肋！
  • Finalize ，GC判断对象为垃圾之后，内存实际回收之前，调用此虚方法，如果需要清理，则重写此方法

new对象的过程

• 计算字节数（实例字段+额外成员（类型对象指针+同步快索引））
• 从托管堆中分配响应字节的内存，字节全部设为0
• 初始化类型对象指针和同步块索引
• 初始化所有实例字段（0或null）
• 调用构造函数（同时往上调用直到调用object的构造函数）
• 返回指向堆中的一个引用

方法调用的过程

• 调用静态方法
  • CLR定位类型对象
  • 在类型对象方法表中查找与被调用的方法对应的记录项
  • JIT编译（如果需要的话）
  • 执行编译后的本地代码
• 调用非虚实例方法
  • CLR定位发出调用变量对应的类型对象方法表
  • 如果找到则定位
  • 如果找不到通过类型对象的地址沿着基类回溯查找
  • 定位到方法，然后执行
• 调用虚实例方法
  • JIT为编译器生成额外的代码
  • 检查定位发出调用变量
  • 通过地址定位发出调用的对象（实际类型）
  • 检查对象类型指针的方法表记录

类型和实例的构建

CLR在进程中运行时，会为System.Type类型创建一个特殊的对象，任何类的类型对象都是该对象的“实例”，他们的类型对象指针成员会初始化成为Type类型对象的引用。Type的类型对象指针指向自己。GetType返回的是指向对象的类型对象指针（一个地址），可以判断对象的真实类型

类型

• 有符号byte和无符号数值型不符合CLS相容性，如sbyte,ushort,uint,ulong
• char为16位Unicode字符，decimal为128位高精度浮点值
• 基元数值类型转换，如果安全（不会丢失数据）则可隐式，否则需要显式转换
• 小数转整数总是进行截断处理
• decimal内部的运算都进行了重载
• checked符号对decimal无效，decimal强制执行安全检查，不安全则抛出异常
• BigInteger在内部使用UInt32数组表示任意大的整数，没有上限和下限，永远不会造成OverflowException，但是如果值太大，没有足够的内存来改变数组大小，对BigInteger的运算可能抛出OutOfMemoryException异常

引用类型

• 分配操作：托管堆分配内存，额外成员（类型对象指针和同步索引块）初始化
• 分配对象时，可能强制执行一次垃圾收集操作
• 引用类型的复制，只复制内存地址
• 字段布局默认使用System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute.LayoutKind.Auto
• int x = 4; object o = x; short y = (short)(int)o; // 注意，先拆箱为正确的类型，再进行转型

值类型

• 轻量类型，没有额外成员，避免了频繁的内存分配节省性能
• 一般在栈上分配，不需要提供指针引用
• 不受垃圾回收器控制，所以也缓解了托管堆和GC的压力
• 枚举从Enum派生，Enum和其他值类型都从ValueType派生
• 默认隐式密封不可派生，可以实现接口
• new一个值类型，所以字段初始化位0，如果不new编译器认为字段未初始化
• 值类型不适合太大（16字节或更小），太大就增加内存拷贝的开销
• ValueType重写了Equals和GetHashCode方法，默认使用所有字段计算和匹配
• 值类型建议不可变，字段都标记为readonly比较规范
• 建议重写自己的GetHashCode和Equals方法，节省性能并且避免装箱
• 值类型内存回收，不会通过Finalize方法
• 字段布局默认使用System.Runtime.InteropServices.StructLayoutAttribute.LayoutKind.Sequential
• 如果不考虑到非托管交互，使用LayoutKind.Auto可以提升性能
• 值类型没有同步块索引，所以不能使用lock或Monitor让多线程同步对实例的访问
• 值类型调用基类虚方法会导致装箱，转型为接口会导致装箱

同一性和相等性

• 同一性使用ReferenceEquals
• Equals和==通常表示相等性，因为是虚方法，会被重写
• 使用泛型IEqualable<T>避免装箱拆箱，并且类型安全
• 建议Equals和GetHashCode一起实现，确保相等性算法和哈希吗算法一致
• 哈希算法规则：
• 良好的随机分布，时哈希表获得最佳性能
• 尽量不适用基类的GetHashCode
• 算法应该至少使用一个实例字段，并且此字段是不可变的
• 如果非要获取对象引用的唯一ID，使用RuntimeHelpers的GetHashCode
• ValueType的GetHashCode使用反射和XOR运算，性能不好，建议重写
• 哈希码不适合用来做持久化标识，可能产生“哈希碰撞”

Dynamic类型

• 应用场景
• 和动态语言交互，如Python或Ruby
• 和支持IDispatch接口的COM对象通讯
• 和HTML的DOM进行通讯
• 忽略编译检查，编译器生成特殊的IL
• payload，有效载荷，使用运行时绑定器Runtime Binder
• payload运行时生成动态代码，进入驻留内存的程序集，匿名寄宿DynamicMethods程序集
• 编译器允许使用隐式转型语法将dynamic和其他类型转型（可能发生装箱拆箱及异常）
• 允许使用隐式类型复制动态类型，类型推断为dynamic
• 如果调用返回值为dynamic的方法却返回void，实际值得到null
• 特定场景，编译器将dynamic转型为特定接口（如IEnumerable和IDisposable）
• 运行时判断转型结果，如果转型失败，Microsoft.CSharp.RuntimeBinder.RuntimeBinderException
• dynamic可以简化反射和调用，不过有额外开销，慎用
• 其他组件动态调用 IDynamicObjectProvider –> GetMetaObject() –> DynamicMetaObject派生类型
• 如果未实现，则视为C#的Object，运行时进行反射
• 和动态语言（比如Python）之间传递ExpandoObject对象

 dynamic e = new ExpandoObject();
 e.x = ;
 e.y = "Feck";
 e.z = null;

 foreach (var v in e)
 {
     Console.WriteLine("Key={0}, Value={1}", v.Key, v.Value);
 }

 e.Remove("x");

类型和成员基础

• 友元程序集
• [assembly:InternalVisibleTo("AssemblyName, PublicKey=...")]
• 注意：不包含版本和语言文化
• 接口成员的可访问性都是public，禁止显式指定
• 派生类可以放宽可访问性，不允许缩紧
• 静态类
• 默认 abstract sealed，只继承Object，不允许实现接口
• 方法调用
• call指令，静态方法（指定类型）、实例方法（指定对象变量）和虚方法。call指令经常用于非虚的方式调用一个虚方法
• callvirt指令，此IL指令调用实例方法和虚方法，但不能调用静态方法。调用发出调用对象的实际类型，然后以多态方式调用。由于要检查null条件，所以比call指令稍慢。即使调用非虚的实例方法，也要执行null检查，之所以使用callvirt调用非虚方法，为了执行null检查。C#使用callvirt调用所有的实例方法，调用基类比如base.ToString()会强制使用非虚call指令。如果虚方法调用，则无限递归至栈溢出
• 由于值类型不为null，也没有多态调用，所以编译器一般都以非虚方式调用值类型的方法
• 建议尽量避免虚方法，1：性能低   2：不可内嵌（inline） 3：弱化版本控制
• 常量
• 使用基元类型定义
• 隐式为静态成员而不是实例成员
• 定义常量值将创建元数据，常量值嵌入IL，不会运行时创建内存
• 常量不会运行时动态引用程序集查找值，如果希望引用查找，使用readonly
• volatile表示，编译器CLR或硬件不会执行一些“线程不安全”的优化措施
• 字段
• 类型字段（静态）和实例字段（非静态）
• 类型字段，在类型对象中分配，类型对象在类型加载到AppDomain时（引用该类型的任何方法首次进行JIT编译时）创建
• 对应实例字段，容纳字段数据的动态内存则是在构造类型的一个实例时分配的
• 注意：可以利用反射来修改readonly字段
• 方法
• 类的字段的内联初始化实际上是在构造函数中进行的
• 内联语法需要考虑性能问题
• 如果类的abstract，默认构造函数的可访问性就为protected