Object.GetType()到底是怎么工作的

69 阅读 0 评论 46 点赞

我是靠谱客的博主传统飞机，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Object.GetType()到底是怎么工作的，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Object.GetType()到底是怎么工作的

和这个问题相关的：一个object是怎么知道它是什么类型的？编译器或者运行时知道某个object的类型吗？这些和CLR有什么关系？C#是种静态类型和强类型的语言，所以可能GetType()方法并不是真的存在，只不过编译器在编译的时候直接把object的类型替换进去了？

对于最后一个问题，我们可以试试下面这个例子：

object o = new Random().Next(2) == 0 ? new BaseClass() : new DerivedClass();

o.GetType()会返回什么结果呢？在编译时或JIT时，我们并不能知道确切的答案。只有在代码被执行的时候，o的类型才会被确定。因此，看起来o的类型只有在运行时才会被确定。让我们再深究一些。

如果查看.NET Framework Reference Source的Object.GetType()方法，我们发现，并没有什么有价值的东西：

// Returns a Type object which represent this object instance.
[MethodImplAttribute(MethodImplOptions.InternalCall)]
public extern Type GetType();

这里需要注意一点，这个方法并没有被标记成virtual，但是却表现得像是virtual——因为每一个object都会返回它真实的类型。这主要是因为C#特殊的内部实现。InternalCall属性表示这个方法是由CLR内部实现的，我们查看CoreCLR的源代码，就能看出一些端倪。代码如下：

FCFuncStart(gObjectFuncs) 
    FCIntrinsic("GetType", ObjectNative::GetClass, CORINFO_INTRINSIC_Object_GetType) 
    FCFuncElement("MemberwiseClone", ObjectNative::Clone) 
FCFuncEnd()

我们再看看GetType()的一个实现（我移除了一些不相关的代码）：

FCIMPL1(Object*, ObjectNative::GetClass, Object* pThis) 
{ 
   // ... 
   OBJECTREF objRef = ObjectToOBJECTREF(pThis); 
   if (objRef != NULL) 
   { 
      MethodTable* pMT = objRef->GetMethodTable(); 
      OBJECTREF typePtr = pMT->GetManagedClassObjectIfExists(); 
      if (typePtr != NULL) 
      { 
         return OBJECTREFToObject(typePtr); 
      } 
   } 
   else 
      FCThrow(kNullReferenceException); 
   FC_INNER_RETURN(Object*, GetClassHelper(objRef)); 
} 
FCIMPLEND

简单来说，就是获取所谓的object的MethodTable（Object::GetMethodTable）并且返回对应的Type对象（MethodTable::GetManagedClassObjectIfExists）；当找不到对应的Type对象时，就创建出来并返回（GetClassHelper）。为了更清楚地解释这个问题，我们得分几个步骤依次讨论。

MethodTable

提到CLR的类型系统，就不得不提到MethodTable，一种描述类型的数据结构。这个数据类型被保存在进程的一块独立内存空间中。它能够描述这个类型中包括什么方法、实现了什么接口。这里就不再展开讲MethodTable的具体结构了。这里，咱们只需要把MethodTable看成是类型的某种内部描述。看看在内存中某个class的对象（这些对象保存在堆上），我们可以看出，其中第一个字段就是一个指向MethodTable的指针：

// code:Object is the respesentation of an managed object on the GC heap.
//
// See code:#ObjectModel for some important subclasses of code:Object
//
// The only fields mandated by all objects are
//
// * a pointer to the code:MethodTable at offset 0
// * a poiner to a code:ObjHeader at a negative offset. This is often zero. It holds information that
// any addition information that we might need to attach to arbitrary objects.
//
class Object
{
   protected:
      PTR_MethodTable m_pMethTab;
      // ...

GetMethodTable()方法返回的就是这个指针：

PTR_MethodTable Object::GetMethodTable() const
{
   // ...
   return m_pMethTab;
   // ...
}

堆上的每一个对象都有严格的内存布局——size取决于是32位机还是64位机：

object on heap

正如我们看到的，除了数据本身，还有额外的空间用于保存MethodTable指针。指针中保存的地址可能是内存中任何一个位置，从那个位置的对象再指向一连串的其他对象。这个地址所指向的第一个对象中，通常什么都不会保存，只保存0，但是在一些同步机制中，某种程度上来说，它同样是有用的。不管怎么说，现在我们了解了，获取类型的第一步就是先获取MethodTable数据结构的首地址。

Type

为了获取代表MethodTable的Type对象，会执行OBJECTREF MethodTable::GetManagedClassObjectIfExists方法，来搜索内部结构，检查该Type对象是否已经被创建了。如果不存在，就会间接调用MethodTable::GetManagedClassObject方法来创建它。最终，我们会获取指向对应Type对象的指针。

至此，我们的目的达成啦！事实上，我们可以看出来，GetType()方法并不复杂，它只是解析了堆上每个对象都保存着的某个CLR结构体。但是，对于栈上的对象呢？继续往下看。

Object on the stack

栈上保存的所谓的值类型对象，我们称它们struct。需要强调的是，我们这样称呼它们，是基于它们的实现细节，而并非基于它们自身的特性。栈上的对象具有更简单的内存结构——只由它们的值组成：

object on stack

换言之，CLR不会在任何地方保存栈上对象的type，但是这不代表值类型对象的MethodTable不存在。它只是没有保存在对象内部，这是因为编译器已经知道了。正是因为值类型对象不存在继承，所以在编译的时候，对应的type已经确定了。那么问题来了，这种情况下，GetType()方法是怎么运作的呢。且看下面这个例子：

struct MyStruct { int x; int y; }
void Main()
{
   MyStruct s = new MyStruct();
   var t = s.GetType();
}

编译器是怎么知道s是什么类型的呢？是编译器/JIT替换了对应的类型？有可能是这样，不过我们还是先看看上面的例子会生成什么CIL：

IL_0001: ldloca.s 00 // s
IL_0003: initobj UserQuery.MyStruct

IL_0009: ldloc.0 // s
IL_000A: box UserQuery.MyStruct
IL_000F: call System.Object.GetType

IL_0014: stloc.1 // t

答案很明显。在调用GetType()方法之前，会先调用值类型对象的装箱操作（这时编译器已经知道了确切的类型）。装箱操作会在堆上创建一个新对象，正是这个对象中保存了对应的MethodTable指针。

HCIMPL2(Object*, JIT_Box, CORINFO_CLASS_HANDLE type, void* unboxedData)
{
   TypeHandle clsHnd(type);
   MethodTable *pMT = clsHnd.AsMethodTable();
   // ..
   newobj = pMT->FastBox(&unboxedData);
   return(OBJECTREFToObject(newobj));
}
HCIMPLEND

OBJECTREF MethodTable::FastBox(void** data)
{
   // ..
   OBJECTREF ref = Allocate();
   CopyValueClass(ref->UnBox(), *data, this, ref->GetAppDomain());
   return ref;
}