call vs callvirt; virtual, override, new

看到一些C#书籍，介绍virtual, override, new，我觉得还不够深入。今天有点时间来探讨一下内部的机制，如果有什么不准确的地方，请不吝赐教。

我觉得C#编译器编译为IL语言时，遵循下面一个规律
         * 
         * 对于非虚方法编译为IL时候，
         *编译为，找到离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class，定义为 <离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class>.<Function>
         *如果使用this调用，使用call； 如果使用instance调用，使用callvirt (因为instance可能会抛nullreferenceexception，而this永远不会)
         * 运行时，如果是call，直接调用这个<找到离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class>.<Function>
         * 但如果是callvirt，会到虚函数表中查找(其实多此一举),什么也不会有，然后仍然调用<找到离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class>.<Function>
         *
         * 对虚方法编译为IL时候，
         *编译为，找到离编译时所能知道的对象类型最远的并且定义过这个函数的class，定义为 <离编译时所能知道的对象类型最远的并且定义过这个函数的class>.<Function>
         * 一般使用callvirt，除非base.虚方法(), 值类型.虚方法(), Sealed Instance.虚方法()
         *然后，在运行时，知道对象的实际类型，再根据虚函数表，调用离实际类型最近的，并且override这个函数的class，然后调用这个override的Function 
         *对于上述几点，注意关键字new的阻断作用


snippet1:

 1 class Summary
 2    {
 3        static void Main(string[] args)
 4        {
 5           
 6            Base b = new DerivedLayer1();
 7            b.DoNoVirtualWork();
 8            b.DoVirtualWork();
 9  
10            Console.ReadLine();
11
12        }
13    }
14
15    public class Base
16    {
17        public virtual void DoVirtualWork()
18        {
19            Console.WriteLine("VirtualWork Base 000");
20        }
21
22        public void DoNoVirtualWork()
23        {
24            Console.WriteLine("Non Virtual Base 000");
25        }
26    }
27    public class DerivedLayer1 : Base
28    {
29        public override void DoVirtualWork()
30        {
31            Console.WriteLine("VirtualWork DerivedLayer1 111");
32        }
33
34    }

那么结果是什么呢？
result1：
Non Virtual Base 000
VirtualWork DerivedLayer1 111
结果正如我们料想的那样，很简单，
我们看看Main函数的IL：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  // Code size       28 (0x1c)
  .maxstack  1
  .locals init ([0] class ConsoleApplication1.Base b)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  newobj     instance void ConsoleApplication1.DerivedLayer1::.ctor()
  IL_0006:  stloc.0
  IL_0007:  ldloc.0
  IL_0008:  callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoNoVirtualWork()
  IL_000d:  nop
  IL_000e:  ldloc.0
  IL_000f:  callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoVirtualWork()
  IL_0014:  nop
  IL_0015:  call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
  IL_001a:  pop
  IL_001b:  ret
} // end of method Summary::Main

对于
Base b = new DerivedLayer1();
 b.DoNoVirtualWork();  => callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoNoVirtualWork()
//上面这句，因为编译器知道b的类型是Base，而是非虚函数，编译器寻找离Base最近而且定义过DoNoVirtualWork()的class，就是Base本身，  所以要调用ConsoleApplication1.Base::DoNoVirtualWork() 即：<离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class>.<Function>
 b.DoVirtualWork();      =>  callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoVirtualWork()
//上面这句，因为编译器知道b的类型是Base，它是一个虚函数，所以要寻找最早定义过DoVirtualWork()的class，就是Base本身，所以是 ConsoleApplication1.Base::DoVirtualWork()，即<离编译时所能知道的对象类型最远的并且定义过这个函数的class>.<Function>

下面代码换成snippet2

 1 class Summary
 2    {
 3        static void Main(string[] args)
 4        {
 5
 6            DerivedLayer1 d1 = new DerivedLayer1();
 7
 8            d1.DoNoVirtualWork();
 9            d1.DoVirtualWork();
10  
11            Console.ReadLine();
12
13        }
14    }
15
16    public class Base
17    {
18        public virtual void DoVirtualWork()
19        {
20            Console.WriteLine("VirtualWork Base 000");
21        }
22
23        public void DoNoVirtualWork()
24        {
25            Console.WriteLine("Non Virtual Base 000");
26        }
27    }
28    public class DerivedLayer1 : Base
29    {
30
31        public new void DoNoVirtualWork()
32        {
33            Console.WriteLine("Non Virtual DerivedLayer1 111");
34        }
35
36    }
37

注意DerivedLayer1没有override Base的DoVirtualWork(), 但是却用new 重新定义了DoNoVirtualWork()
这时候的结果会是什么呢
我们继续使用上面的规律来产生IL
DerivedLayer1 d1 = new DerivedLayer1();
 d1.DoNoVirtualWork();
//对于上面这句语句，编译器所能知道的类型是DerivedLayer1 ，它是非虚拟函数，而离DerivedLayer1 最近，且定义过DoNoVirtualWork（）的class就是它自己，所以根据<找到离编译时所能知道的对象类型最近的并且定义过这个函数的class>>.<Function>， 应该是： callvirt DerivedLayer1::DoNoVirtualWork(); 我们用ildasm看一下，果然如此：callvirt   instance void ConsoleApplication1.DerivedLayer1::DoNoVirtualWork()，所以输出“Non Virtual DerivedLayer1 111”；
而d1.DoVirtualWork();
//对于上面这一句，<离编译时所能知道的对象类型最远的并且定义过这个函数的class>.<Function>，编译器这是所能知道d1的类型是DerivedLayer1 ，离DerivedLayer1 最远并且定义过DoVirtualWork（）的class是Base，所以IL应该是callvirt Base::DoVirtualWork(),使用ildasm查看
callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoVirtualWork() ，也是如此，使用callvirt在运行时，需要在v-table中产看离当前实际类型（DerivedLayer1），最近并且定义过DoVirtualWork的class是Base，所以输出“VirtualWork Base 000”；
所以结果是
Non Virtual DerivedLayer1 111
VirtualWork Base 000

下面复杂一点,需要考虑new的阻断情况，但仍然符合这个规律。

 1 class Summary
 2    {
 3        static void Main(string[] args)
 4        {
 5            Base b = new DerivedLayer2();
 6            b.DoNoVirtualWork();
 7            b.DoVirtualWork();
 8
 9            Console.WriteLine("********");
10
11            DerivedLayer1 d1 = new DerivedLayer2();
12            d1.DoNoVirtualWork();
13            d1.DoVirtualWork();
14
15            Console.ReadLine();
16
17        }
18    }
19
20    public class Base
21    {
22        public virtual void DoVirtualWork()
23        {
24            Console.WriteLine("VirtualWork Base 000");
25        }
26
27        public void DoNoVirtualWork()
28        {
29            Console.WriteLine("Non Virtual Base 000");
30        }
31    }
32
33    public class DerivedLayer1 : Base
34    {
35        public new virtual void DoVirtualWork()
36        {
37            Console.WriteLine("VirtualWork DerivedLayer1 111");
38        }
39
40
41        public new void DoNoVirtualWork()
42        {
43            Console.WriteLine("Non Virtual DerivedLayer1 111");
44        }
45
46    }
47
48    public class DerivedLayer2 : DerivedLayer1
49    {
50        public override void DoVirtualWork()
51        {
52            Console.WriteLine("VirtualWork DerivedLayer2 222");
53
54        }
55
56    }

这次的结果会是什么呢？注意"new"，也许不是那么容易
让我们来看一下产生的IL语句

 Base b = new DerivedLayer2();
 b.DoNoVirtualWork();  => callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoNoVirtualWork()
b.DoVirtualWork();        => callvirt   instance void ConsoleApplication1.Base::DoVirtualWork()

Console.WriteLine("********");

DerivedLayer1 d1 = new DerivedLayer2(); 
d1.DoNoVirtualWork();=>callvirt   instance void ConsoleApplication1.DerivedLayer1::DoNoVirtualWork()
d1.DoVirtualWork();     =>callvirt   instance void ConsoleApplication1.DerivedLayer1::DoVirtualWork()

结果是：
Non Virtual Base 000
VirtualWork Base 000
********
Non Virtual DerivedLayer1 111
VirtualWork DerivedLayer2 222


另外，什么时候会编译成callvirt，什么时候编译成call，可以看 .net Framework 程序设计，
对虚方法编译为IL时候，一般使用callvirt，除非base.虚方法(), 值类型.虚方法() , Sealed Instance.虚方法()
比如值类型override了ToString(),调用的时候会使用call，不会被装箱。
对于非虚方法，可能会抛nullreferenceexception，会使用call