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最近在看 C++
的虚方法调用实现原理,大概就是说在 class 的首位置存放着一个指向 vtable array
指针数组 的指针,而 vtable array
中的每一个指针元素指向的就是各自的 虚方法
,实现方式很有意思,哈哈,现在我很好奇 C# 中如何实现的。
一: C# 中的多态玩法
1. 一个简单的 C# 例子
为了方便说明,我就定义一个 Person 类和一个 Chinese 类,详细代码如下:
internal class Program { static void Main(string[] args) { Person person = new Chinese(); person.SayHello(); Console.ReadLine(); } } public class Person { public virtual void SayHello() { Console.WriteLine("sayhello"); } } public class Chinese: Person { public override void SayHello() { Console.WriteLine("chinese"); } } }
2. 汇编代码分析
接下来用 windbg 在 person.SayHello()
处下一个断点,观察一下它的反汇编代码:
D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1Program.cs @ 9: 05cf21b3 b93c5dce05 mov ecx,5CE5D3Ch (MT: ConsoleApp1.Chinese) 05cf21b8 e8030f89fa call 005830c0 (JitHelp: CORINFO_HELP_NEWSFAST) 05cf21bd 8945f4 mov dword ptr [ebp-0Ch],eax 05cf21c0 8b4df4 mov ecx,dword ptr [ebp-0Ch] 05cf21c3 e820fbffff call 05cf1ce8 (ConsoleApp1.Chinese..ctor(), mdToken: 0600000A) 05cf21c8 8b4df4 mov ecx,dword ptr [ebp-0Ch] 05cf21cb 894df8 mov dword ptr [ebp-8],ecx D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1Program.cs @ 11: >>> 05cf21ce 8b4df8 mov ecx,dword ptr [ebp-8] 05cf21d1 8b45f8 mov eax,dword ptr [ebp-8] 05cf21d4 8b00 mov eax,dword ptr [eax] 05cf21d6 8b4028 mov eax,dword ptr [eax+28h] 05cf21d9 ff5010 call dword ptr [eax+10h] 05cf21dc 90 nop
从汇编代码看,逻辑非常清晰,大体步骤如下:
eax,dword ptr [ebp-8]
从栈上(ebp-8)处获取 person 在堆上的首地址,如果不相信的话,可以用 !do 027ea88c
试试看。
0:000> dp ebp-8 L1 0057f300 027ea88c 0:000> !do 027ea88c Name: ConsoleApp1.Chinese MethodTable: 05ce5d3c EEClass: 05cd3380 Size: 12(0xc) bytes File: D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1binx86Debugnet6.0ConsoleApp1.dll Fields: None
eax,dword ptr [eax]
如果大家了解 实例
在堆上的内存布局的话,应该知道,这个首地址存放的就是 methodtable
指针,我们可以用 !dumpmt 05ce5d3c
来验证下。
0:000> dp 027ea88c L1 027ea88c 05ce5d3c 0:000> !dumpmt 05ce5d3c EEClass: 05cd3380 Module: 05addb14 Name: ConsoleApp1.Chinese mdToken: 02000007 File: D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1binx86Debugnet6.0ConsoleApp1.dll BaseSize: 0xc ComponentSize: 0x0 DynamicStatics: false ContainsPointers false Slots in VTable: 6 Number of IFaces in IFaceMap: 0
eax,dword ptr [eax+28h]
那这句话是什么意思呢?如果你了解 CoreCLR 的话,你应该知道 methedtable 是由一个 class MethodTable
类来承载的,所以它取了 methodtable 偏移 0x28
位置的一个字段,那这个偏移字段是什么呢? 我们先用 dt
把 methodtable 结构给导出来。
0:000> dt 05ce5d3c MethodTable coreclr!MethodTable =7ad96bc8 s_pMethodDataCache : 0x00639ec8 MethodDataCache =7ad96bc4 s_fUseParentMethodData : 0n1 =7ad96bcc s_fUseMethodDataCache : 0n1 +0x000 m_dwFlags : 0xc +0x004 m_BaseSize : 0x74088 +0x008 m_wFlags2 : 5 +0x00a m_wToken : 0 +0x00c m_wNumVirtuals : 0x5ccc +0x00e m_wNumInterfaces : 0x5ce +0x010 m_pParentMethodTable : IndirectPointer<MethodTable *> +0x014 m_pLoaderModule : PlainPointer<Module *> +0x018 m_pWriteableData : PlainPointer<MethodTableWriteableData *> +0x01c m_pEEClass : PlainPointer<EEClass *> +0x01c m_pCanonMT : PlainPointer<unsigned long> +0x020 m_pPerInstInfo : PlainPointer<PlainPointer<Dictionary *> *> +0x020 m_ElementTypeHnd : 0 +0x020 m_pMultipurposeSlot1 : 0 +0x024 m_pInterfaceMap : PlainPointer<InterfaceInfo_t *> +0x024 m_pMultipurposeSlot2 : 0x5ce5d68 =7ad04c78 c_DispatchMapSlotOffsets : [0] " $ (System.Private.CoreLib.dll" =7ad04c70 c_NonVirtualSlotsOffsets : [0] " $ ($((, $ (System.Private.CoreLib.dll" =7ad04c60 c_ModuleOverrideOffsets : [0] " $ ($((,$((,(,,0 $ ($((, $ (System.Private.CoreLib.dll" =7ad12838 c_OptionalMembersStartOffsets : [0] "(((((((,(((,(,,0(((,(,,0(,,0,004"
从 methodtable 的布局图来看, eax+28h
是 m_pMultipurposeSlot2
结构的第二个字段了,因为第一个字段是 虚方法表指针
,如果要验证的话,也很简单,用 !dumpmt -md 05ce5d3c
把所有的方法给导出来,然后结合 dp 05ce5d3c
看下 0x5ce5d68 之后是不是许多的方法。
0:000> !dumpmt -md 05ce5d3c EEClass: 05cd3380 Module: 05addb14 Name: ConsoleApp1.Chinese mdToken: 02000007 File: D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1binx86Debugnet6.0ConsoleApp1.dll BaseSize: 0xc ComponentSize: 0x0 DynamicStatics: false ContainsPointers false Slots in VTable: 6 Number of IFaces in IFaceMap: 0 -------------------------------------- MethodDesc Table Entry MethodDe JIT Name 02610028 02605568 NONE System.Object.Finalize() 02610030 02605574 NONE System.Object.ToString() 02610038 02605580 NONE System.Object.Equals(System.Object) 02610050 026055ac NONE System.Object.GetHashCode() 05CF1CE0 05ce5d24 NONE ConsoleApp1.Chinese.SayHello() 05CF1CE8 05ce5d30 JIT ConsoleApp1.Chinese..ctor() 0:000> dp 05ce5d3c L10 05ce5d3c 00000200 0000000c 00074088 00000005 05ce5d4c 05ce5ccc 05addb14 05ce5d7c 05cd3380 05ce5d5c 05cf1ce8 00000000 05ce5d68 02610028 05ce5d6c 02610030 02610038 02610050 05cf1ce0
仔细看输出,上面的 05ce5d68
后面的 02610028
就是 System.Object.Finalize()
方法,02610030
对应着 System.Object.ToString()
方法。
call dword ptr [eax+10h]
有了前面的基础,这句话就好理解了,它是从 m_pMultipurposeSlot2
结构中找 SayHello
所在的单元指针位置,然后做 call 调用。
0:000> !U 05cf1ce0 Unmanaged code 05cf1ce0 e88f9dde74 call coreclr!PrecodeFixupThunk (7aadba74) 05cf1ce5 5e pop esi 05cf1ce6 0001 add byte ptr [ecx],al 05cf1ce8 e913050000 jmp 05cf2200 05cf1ced 5f pop edi 05cf1cee 0300 add eax,dword ptr [eax] 05cf1cf0 245d and al,5Dh 05cf1cf2 ce into 05cf1cf3 0500000000 add eax,0 05cf1cf8 0000 add byte ptr [eax],al
从汇编看,它还是一段 桩代码
,言外之意就是该方法没有被 JIT 编译,如果编译完了,这里的 05CF1CE0 05ce5d24 NONE ConsoleApp1.Chinese.SayHello()
的 Entry (05CF1CE0) 也会被同步修改,验证一下很简单,我们继续 go 代码让其编译完成,然后再 dumpmt 。
0:008> !dumpmt -md 05ce5d3c EEClass: 05cd3380 Module: 05addb14 Name: ConsoleApp1.Chinese mdToken: 02000007 File: D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1binx86Debugnet6.0ConsoleApp1.dll BaseSize: 0xc ComponentSize: 0x0 DynamicStatics: false ContainsPointers false Slots in VTable: 6 Number of IFaces in IFaceMap: 0 -------------------------------------- MethodDesc Table Entry MethodDe JIT Name 02610028 02605568 NONE System.Object.Finalize() 02610030 02605574 NONE System.Object.ToString() 02610038 02605580 NONE System.Object.Equals(System.Object) 02610050 026055ac NONE System.Object.GetHashCode() 05CF2270 05ce5d24 JIT ConsoleApp1.Chinese.SayHello() 05CF1CE8 05ce5d30 JIT ConsoleApp1.Chinese..ctor() 0:008> dp 05ce5d3c L10 05ce5d3c 00000200 0000000c 00074088 00000005 05ce5d4c 05ce5ccc 05addb14 05ce5d7c 05cd3380 05ce5d5c 05cf1ce8 00000000 05ce5d68 02610028 05ce5d6c 02610030 02610038 02610050 05cf2270
此时可以看到它由 05cf1ce0
变成了 05cf2270
, 这个就是 JIT 编译后的方法代码,我们用 !U 反编译下。
0:008> !U 05cf2270 Normal JIT generated code ConsoleApp1.Chinese.SayHello() ilAddr is 05E720D5 pImport is 008F6E88 Begin 05CF2270, size 27 D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1Program.cs @ 28: >>> 05cf2270 55 push ebp 05cf2271 8bec mov ebp,esp 05cf2273 50 push eax 05cf2274 894dfc mov dword ptr [ebp-4],ecx 05cf2277 833d74dcad0500 cmp dword ptr ds:[5ADDC74h],0 05cf227e 7405 je 05cf2285 05cf2280 e8cb2bf174 call coreclr!JIT_DbgIsJustMyCode (7ac04e50) 05cf2285 90 nop D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1Program.cs @ 29: 05cf2286 8b0d74207e04 mov ecx,dword ptr ds:[47E2074h] ("chinese") 05cf228c e8dffbffff call 05cf1e70 05cf2291 90 nop D:net6ConsoleApplication2ConsoleApp1Program.cs @ 30: 05cf2292 90 nop 05cf2293 8be5 mov esp,ebp 05cf2295 5d pop ebp 05cf2296 c3 ret
终于这就是多态下的 ConsoleApp1.Chinese.SayHello
方法啦。
3. 总结
本质上来说,CoreCLR 也是 C++ 写的,所以也逃不过用 虚表
来实现多态的玩法, 不过玩法也稍微复杂了一些,希望本篇对大家有帮助。