c# - C#/.Net 泛型如何知道它们的参数类型？

Question

在 C# 中，泛型函数或类知道其泛型参数的类型。这意味着动态类型信息，如 is或 as可用(与 Java 不可用的情况相反)。

我很好奇，编译器如何将这种类型信息提供给泛型方法？对于我可以想象的类，实例可以简单地有一个指向类型的指针，但对于泛型函数我不确定，也许只是一个隐藏的参数？

如果泛型被保留到 IL 级别，我相信它们是，那么我想知道这是如何在该级别完成的。

Answer 1

由于您已经编辑了您的问题以将其从 C# 编译器扩展到 JIT 编译器，这里是该过程的概述，采用 List<T>作为我们的例子。

正如我们所确定的，List<T> 只有一种 IL 表示。类(class)。此表示具有对应于 T 的类型参数在 C# 代码中看到的类型参数。正如 Holger Thiemann 在他的评论中所说，当您使用 List<> 时具有给定类型参数的类，JIT 编译器为该类型参数创建类的 native 代码表示。

但是，对于引用类型，它只编译 native 代码一次，并将其重用于所有其他引用类型。这是可能的，因为在虚拟执行系统(VES，通常称为“运行时”)中，只有一种引用类型，称为 O在规范中(参见第 I.12.1 段，表 I.6，在标准中:http://www.ecma-international.org/publications/standards/Ecma-335.htm)。这种类型被定义为“对托管内存的 native 大小对象引用”。

换句话说，VES 的(虚拟)计算堆栈中的所有对象都由一个“对象引用”(实际上是一个指针)表示，它本身基本上是无类型的。那么 VES 如何确保我们不使用不兼容类型的成员？是什么阻止我们拨打 string.Length System.Random 实例的属性?

为了加强类型安全，VES 使用描述每个对象引用的静态类型的元数据，将方法调用的接收者的类型与方法的元数据 token 标识的类型进行比较(这也适用于其他成员类型的访问)。

例如，要调用对象类的方法，对对象的引用必须位于虚拟计算堆栈的顶部。由于方法的元数据和对“堆栈转换”的分析——每个 IL 指令引起的堆栈状态的变化，这个引用的静态类型是已知的。 call或 callvirt指令然后通过包含表示方法的元数据标记来指示要调用的方法，这当然指示定义方法的类型。

VES 在编译之前“验证”代码，将引用的类型与方法的类型进行比较。如果类型不兼容，验证失败，程序崩溃。

这对于泛型类型参数和非泛型类型都一样有效。为了实现这一点，VES 限制了可以在类型为不受约束的泛型类型参数的引用上调用的方法。唯一允许的方法是定义在 System.Object 上的方法。 ，因为所有对象都是该类型的实例。

对于受约束的参数类型，该类型的引用可以接收对由约束类型定义的方法的调用。例如，如果您编写一个方法，其中约束类型 T源自 ICollection ，您可以拨打ICollection.Count类型为 T 的引用的 getter . VES 知道调用此 getter 是安全的，因为它确保存储到堆栈中该位置的任何引用都是实现 ICollection 的某种类型的实例。界面。因此，无论对象的实际类型是什么，JIT 编译器都可以使用相同的 native 代码。

还要考虑依赖于泛型类型参数的字段。在List<T>的情况下，有一个类型为 T[] 的数组保存列表中的元素。请记住，实际的内存中数组将是 O 的数组。对象引用。无论该数组是否是 List<string> 的成员，构造该数组或读取或写入其元素的 native 代码看起来都一样。或 List<FileInfo> .

因此，在不受约束的泛型类型的范围内，例如 List<T> , T引用文献与 System.Object 一样好引用。不过，泛型的优点是 VES 将类型参数替换为调用方作用域中的类型参数。换句话说，即使 List<string>和 List<FileInfo>在内部对待他们的元素相同，调用者看到 Find方法之一返回 string ，而另一个返回 FileInfo .

最后，因为所有这些都是通过 IL 中的元数据实现的，并且因为 VES 在加载和 JIT 编译类型时使用元数据，所以可以在运行时通过反射提取信息。