帶著問題讀CLR via C#(筆記二)類型基礎(chǔ)
Q1: Object類型包含哪些方法？
A1: Object類型共包含6個方法，Equals, GetHashCode, ToString, GetType, MemberwiseClone和Finalize.
Q2: new一個對象的過程是什么？
A2: 1）計算對象所需字節(jié)數(shù)，包括該類型及其基類型定義的所有實例字段所需的字節(jié)數(shù)和類型對象指針、同步塊索引所需字節(jié)數(shù)，類型指針和同步塊索引是CLR用來管理對象的；2）在托管堆上分配該對象所需內(nèi)存空間；3）初始化類型對象指針和同步塊索引；4）執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)。大多數(shù)編譯器都在構(gòu)造函數(shù)中自動生成一段代碼調(diào)用基類構(gòu)造函數(shù)，每個類型的構(gòu)造函數(shù)在執(zhí)行時都會初始化該類型定義的實例字段。5）返回指向新建對象的一個引用，保存在對象變量中。
可用如下代碼驗證第四步：
View Code
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
TestThree t = new TestThree();
Console.Read();
}
}
class Test
{
int i;
public int I { get; set; }
public Test()
{
Console.WriteLine("This is Test's constructor");
}
}
class TestTwo : Test
{
public TestTwo()
{
Console.WriteLine("This is TestTwo's constructor");
}
}
class TestThree : TestTwo
{
public TestThree()
{
Console.WriteLine("This is TestThree's constructor");
}
}
執(zhí)行結(jié)果如下：
Q3: 父類型和子類型間如何進行轉(zhuǎn)換？
A3: C#允許將一個對象從它的本身類型轉(zhuǎn)換為它的父類型，這是安全的，不需要做任何額外操作，但要將一個對象從它的本身類型轉(zhuǎn)換為它的子類型，則必須要顯式轉(zhuǎn)換，因為可能會失敗。見代碼：
View Code
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Person person = new Person();
Man man = new Man();
Person p = man;
Man m = person;
}
}
class Person
{ }
class Man : Person
{ }
這段代碼是無法編譯通過的，在Main方法的第四行會報一個這樣的錯誤：
Error 1 Cannot implicitly convert type 'TypeBasic.Person' to 'TypeBasic.Man'. An explicit conversion exists (are you missing a cast?) C:\Users\Allen\Documents\Visual Studio 2012\Projects\TypeBasic\TypeBasic\Program.cs 16 21 TypeBasic
很顯然，一個 “男人” 一定是一個人，故可以直接轉(zhuǎn)換，但一個 “人” 并不一定是一個 “男人”，所以必須要顯式轉(zhuǎn)換?？蓪⒋a這樣改寫：
// From
Man m = person;
// To
Man m = (Man)person;
這樣就可以成功通過編譯，但是在運行的時卻拋出了異常，很顯然，Person不能被轉(zhuǎn)換為Man. 什么情況下Person可以被轉(zhuǎn)換為Man? 見如下代碼：
View Code
static void Main(string[] args)
{
Man man = new Man();
Test(man);
}
static void Test(Person p)
{
Man m = (Man)p;
}
Q4: is和as操作符的作用是什么？
A4: is操作符用來判斷一個對象是否屬于某種類型，返回一個布爾值。改寫下上例的Test方法：
View Code
static void Test(Person p)
{
if (p is Man)
{
Man m = (Man)p;
}
}
以上代碼共進行了兩次類型檢測，is操作符首先檢測p是否為Man類型，在if的方法體中進行強制轉(zhuǎn)換時，CLR會再次檢測p的類型，這對性能有一定影響。
as操作符很好的解決了這個問題，再次改寫Test方法：
View Code
static void Test(Person p)
{
Man m = p as Man;
if (m != null)
{
//...
}
}
as操作符在檢測p的類型后會直接對p進行類型轉(zhuǎn)換，返回一個Man類型的對象，若檢測出p不是Man類型，則會返回null. 整個過程只進行了一次類型檢測。
Q5: 什么是命名空間？
A5: 命名空間是對類型的邏輯分組，對于編譯器而言，命名空間的作用是使類型名稱變得更長更具唯一性，但CLR并不知道命名空間，訪問一個類型時，CLR需要知道該類型的全名以及它所在程序集。
Q6: 命名空間和程序集之間的關(guān)系是什么？
A6: 命名空間和程序集間并沒有什么關(guān)聯(lián)，同一命名空間的類型可以存在于不同程序集，同一程序集中的類型也可以屬于不同命名空間。
Q7: 分析以下代碼執(zhí)行時CLR發(fā)生的動作。
View Code
namespace TestConsole
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Employee e;
Int32 year;
e = new Employee();
e = Employee.Lookup("Joe");
year = e.GetYearsEmployed();
e.GenProgressReport();
}
}
class Employee
{
// 實例方法
public Int32 GetYearsEmployed()
{
//...
}
// 虛方法
public virtual string GenProgressReport()
{
//...
}
// 靜態(tài)方法
public static Employee Lookup(string name)
{
//...
}
}
class Manager : Employee
{
// 對父方法重寫
public override string GenProgressReport()
{
//...
}
}
}
A7:
1）CLR檢查該方法內(nèi)部引用的所有類型（Employee, Int32, Manager, String），確保定義了這些類型的程序集已成功加載；
2）CLR利用程序集的元數(shù)據(jù)提取這些類型的相關(guān)信息，并創(chuàng)建一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示類型本身，如下圖所示：
3）執(zhí)行"序幕代碼"，在線程棧中為局部變量分配內(nèi)存，并初始化它們，如下圖所示：
4）構(gòu)建Manager對象，在托管堆中創(chuàng)建一個Manager類型的實例，CLR會初始化該實例的類型對象指針，讓它引用與實例對應(yīng)的類型對象，本例中為Manager類型對象；此外CLR會初始化同步塊索引，并將該實例所有實例字段設(shè)為null或0，再調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，new操作符會返回該實例內(nèi)存地址，該地址保存在e中，如下圖：
5）Lookup是一個靜態(tài)方法，調(diào)用時CLR會定位定義該靜態(tài)方法的類型對應(yīng)的類型對象，然后JIT編譯器在該類型對象的方法表中查找被調(diào)用的方法的記錄項，對方法進行JIT編譯（第一次執(zhí)行），執(zhí)行編譯后的代碼。本例中，假定查出的實例是一個i額Manager類型，則在堆中創(chuàng)建一個Manager實例，用查出的信息初始化該實例，并返回它的地址儲存在e中，此時，第一個初始化的Manger對象將沒有指針指向它，它成為垃圾回收對象。見下圖：
6）GetYearsLookup是一個非虛實例方法，在調(diào)用時，JIT編譯器會找到發(fā)出調(diào)用的標量（e）的類型對應(yīng)的類型對象，本例中為Employee類型對象，因為e被定義為了Employee類型。如果Employee中沒有定義該方法，則會繼續(xù)向上一層查找，知道查找到Object類型對象，查找到該方法后，JIT編譯器對其進行編譯（第一次執(zhí)行），再執(zhí)行變異后的代碼，將執(zhí)行結(jié)果保存在局部變量中。見下圖：
7）GetProgressReport為定義在Employee中的虛方法，調(diào)用一個虛方法，JIT編譯器會在方法中生成一些額外代碼，這些代碼在每次調(diào)用方法時都會執(zhí)行。它首先會檢測發(fā)出調(diào)用的變量，根據(jù)地址查找到發(fā)出調(diào)用的實例，本例為一個Manager對象，然后檢測對象內(nèi)部的類型指針，找到該對象的實際類型，從實際類型對象的方法列表中查找調(diào)用的方法的記錄項，進行JIT編譯（第一次執(zhí)行），執(zhí)行變異后代碼。見下圖：
Q8: 如何理解類型對象？
A8: 類型對象本質(zhì)上也是對象，它也包含類型對象指針成員，CLR創(chuàng)建這些類型對象時，也會對其進行初始化。CLR開始在一個進程中運行時，會立即為MSCorLib.dll中定義的System.Type對象創(chuàng)建一個特殊的類型對象，Q7中的Emloyee和Manager都是Type類型的“實例”，它們的類型對象指針都會指向Type類型對象，而Type類型對象的類型對象指針則會指向自己。
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