最近一直对.net framework中,虚方法的调用是如何实现这个问题有些疑惑,在看了Essential .Net关于Method的那一章和Artech推荐的文章Drill Into .NET Framework Internals to See How the CLR Creates Runtime Objects以后,还是一知半解,有些疑惑得不到答案。主要有这些:

  •   父类定义的非虚方法是否在子类中有拷贝?
  •   虚方法是如何实现多态的?
  •   子类继承父类的虚方法实现是否和继承非虚方法机制相同?
  •   如果子类隐藏了父类的虚方法,这又是怎样实现的?

  当然问题不止这么多,关于接口方面还有很多很多疑惑,不过时间有限,一下也没办法全部弄清楚,有时间慢慢研究。我主要使用Windbg工具来跟踪调试,关于这个工具如何使用,Google一下就会有很多了。

  这些都是我自己研究加上参考资料所得,如果有不对的地方,希望大家讨论指出。

  首先看下面这段代码:

 public class Base
 {
     public virtual void VirtualFun1()
     {
         Console.WriteLine("Base.VirtualFun1");
     }
     public void NoneVirtualFun1()
     {
         System.Console.WriteLine("Base.NoneVirtualFun1");
     }
     public virtual void VirtualFun2()
     {
         System.Console.WriteLine("Base.VirtualFun2");
     }
     public virtual void VirtualFun3()
     {
         System.Console.WriteLine("Base.VirtualFun3");
     }
 }

 public class Derived : Base
 {
     public override void VirtualFun1()
     {
         Console.WriteLine("Derived.VirtualFun1");
     }
     public new virtual void VirtualFun2()
     {
         System.Console.WriteLine("Derived.VirtualFun2");
     }
     public virtual void VirtualFun4()
     {
         System.Console.WriteLine("Derived.VirtualFun4");
     }

 }

Base类是基类,它包含三个虚方法VirtualFun1, VirtuaFun2, VirtualFun3和一个非虚方法NoneVirtualFun1。

Derived继承Base类,它重写了VirtualFun1虚方法,隐藏了Base类的VirtualFun2虚方法,然后又增加了VirtualFun4虚方法。

看看一个Base类的实例在内存中是怎样排布的:

image

  Object Ref表示某Base实例的引用,它指向在GC Heap中分配的Base对象,这个对象可以分为三部分:同步块索引、类型指针和字段。主要来关注类型指针,它指向该类型的Method Table,这其实是在Load Heap中分配的Type类型对象,所有该类型的实例的类型指针都指向同一个Method Table(这里表示所有Base对象的类型指针都指向同一个Method Table)。

  Method Table里面包含很多信息,这里关注有关Method这一区域,(如果想了解更详细的method table,请参考上面的文章)。

  根据在Method Table里的信息,可以知道它包含9个Method(其实应该有个字段标示有多少个虚方法,这里就没画了)。接下来就是这些method,它分为两部分,前面一部分是所有的虚方法,后面的是非虚方法。因为所有的类型都是继承自System.Object类,所以前四个方法是Object类的虚方法(ToString, Equals, GetHashCode, Finalize),接着是Base类定义的三个虚方法(VirtualFun1, VirtualFun2, VirtualFun3),最后是Base类的非虚方法NoneVirtualFun1以及默认的构造函数。下面再来看看Derived类型的Method Table:

image

仔细对比一下这两个Method Table,可以发现这样几个特点:

  • Base类中的所有虚方法在Derived类的Method Table中一一对应
  • Base类中的所有非虚方法在Derived类中的Method Table并没有拷贝(这一点回答了上面的第一个问题)
  • Derived类新增的虚方法都添加到继承自Base类的虚方法的后面
  • 如果Derived类override Base类的虚方法,它就将该方法指向自身的实现
  • 如果Derived类使用new关键字隐藏了Base类虚方法的实现,它就相当于增加了一个虚方法,而不是覆盖。

下面看看调用虚方法时如何实现多态,比如有这样一段代码

  Base b = new Derived();

  b.VirtualFun1();

编译后在我的机器上会生成这样的汇编代码:

  mov ecx, esi

  mov eax, dword ptr[ecx]

  call dword ptr [eax + 3ch]

  现在来解释这几句代码:mov ecx, esi 是将新构造的对象的地址保存在ecx寄存器中; mov eax, dword ptr[ecx] 表示ecx的值是一个指针(根据上面的图可以知道对象的头4个字节保存的是method table的地址),它将method table的地址保存到eax寄存器中,最后call dword ptr[eax + 3ch]。3ch表示偏移量,它表示该方法相对于该method table的偏址,是在该类型加载到load heap以后确定的。这样,由method table的地址加上method相对与method table的偏移量,就可以唯一确定一个方法。

  这样在调用b.VirtualFun1(); 时,由于b是Derived类的实例,所以根据它指向的托管对象找到的method table是Derived类型的method table,就能正确调用该方法。因为Derived类中override了VirtualFun1这个虚方法,所以调用的是Derived类的实现,而如果没有override基类的虚方法,它就指向基类的该方法的实现。

  由此可以看出,CLR实现虚方法的机制主要是通过类型的method table加上该虚方法相对于method table的偏移量来确定调用具体方法的。一个虚方法在整个继承体系所有类型对应的method table中的偏移量是固定的,比如VirtualFunc1在Base类型的method table中的偏移量是3ch,它在Derived类型的method table中的偏移量也是3ch,如果还有继承自Derived类的类,也是同样,利用这种机制就实现了多态。

  结论

  •   每个类型对应一个Method Table
  •   子类的Method Table中包含父类的所有虚方法,而不包含父类的非虚方法
  •   CLR根据对象找到它对应类型的method table,然后根据该虚方法在method table中的偏移量实现多态调用。

系列文章:  CLR怎样实现虚方法的多态调用(2)
本文地址: http://www.cnblogs.com/blusehuang/archive/2007/07/27/833593.html
 posted on 2007-07-27 13:25  紫色阴影  阅读(5910)  评论(40编辑  收藏  举报
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