为什么 C# 编译器会为 GetType() 方法调用发出 callvirt 指令？答案

【问题标题】：Why is the C# compiler emitting a callvirt instruction for a GetType() method call?为什么 C# 编译器会为 GetType() 方法调用发出 callvirt 指令？
【发布时间】：2009-05-10 16:56:33
【问题描述】：

我很想知道为什么会这样。请阅读下面的代码示例以及每个部分下方的 cmets 中发出的相应 IL：

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        Object o = new Object();
        o.GetType();

        // L_0001: newobj instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
        // L_0006: stloc.0 
        // L_0007: ldloc.0 
        // L_0008: callvirt instance class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Object::GetType()

        new Object().GetType();

        // L_000e: newobj instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
        // L_0013: call instance class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Object::GetType()
    }
}

为什么编译器为第一部分生成 callvirt 而为第二部分生成 call？编译器是否有任何理由会为非虚拟方法发出 callvirt 指令？如果在某些情况下编译器会为非虚拟方法发出callvirt，这是否会给类型安全带来问题？

【问题讨论】：

非常好的问题......让我伸出手去拿我的书。
总结：案例（1）调用虚方法：生成callvirt。案例（2）在可空接收器上调用实例方法：生成 callvirt 以获取廉价的空检查——是的，这是类型安全的。案例（3）在已知的不可空接收器上调用实例方法：生成对避免空检查的调用。您的第一个示例属于 (2) 类，您的第二个示例属于 (3) 类。（编译器知道 new 永远不会返回 null，因此不需要再次检查。）
感谢 Eric，空值检查很有意义。您的评论加上 Gishu 的回答让事情变得更加清晰！ :)

标签： c# compiler-construction il type-safety

【解决方案1】：

参见 this Eric Gunnerson 的旧博文。

这是帖子的正文：

为什么 C# 总是使用 callvirt？

这个问题出现在一个内部 C# 别名上，我认为答案会引起普遍关注。这是假设答案是正确的 - 已经有一段时间了。

.NET IL 语言同时提供 call 和 callvirt 指令，其中 callvirt 用于调用虚函数。但是，如果您查看 C# 生成的代码，您会发现即使在不涉及虚函数的情况下，它也会生成“callvirt”。为什么会这样？

我回顾了我的语言设计说明，它们非常清楚地表明我们决定在 1999 年 12 月 13 日使用 callvirt。不幸的是，他们没有抓住我们这样做的理由，所以我将不得不从我的记忆中消失。

我们从某人（可能是使用 C# 的 .NET 小组之一（当时认为它还没有命名为 C#））收到一份报告，该人编写了在空指针上调用方法的代码，但他们没有'不会因为方法没有访问任何字段而引发异常（即“this”为空，但方法中没有使用它）。然后那个方法调用了另一个方法，它确实使用了这个点并抛出了一个异常，随之而来的是一些令人头疼的问题。在他们弄明白之后，他们给我们发了一个便条。

我们认为能够在空实例上调用方法有点奇怪。 Peter Golde 做了一些测试，看看总是使用 callvirt 对性能的影响是什么，它足够小，我们决定做出改变。

【讨论】：

太糟糕了，非虚拟方法无法指定在没有 callvirt 的情况下调用它，因为允许像 string.IsNullOrEmpty 这样的方法可用于空字符串会很有帮助。
@supercat 一种解决方法是使用扩展方法，即使对象为空，它仍然会在扩展的第一个参数中传递。
不幸的是，您不能在泛型函数中使用具有泛型类型的扩展方法来（有效地）在静态方法上创建运行时决策。

【解决方案2】：

只是谨慎行事。

从技术上讲，C# 编译器并不总是使用callvirt

对于在值类型上定义的静态方法和方法，它使用call。大多数是通过callvirt IL 指令提供的。

两者之间的不同之处在于call 假定“用于进行调用的对象”不为空。另一方面，callvirt 检查 not null 并在需要时抛出 NullReferenceException。

对于静态方法，对象是类型对象，不能为空。值类型同上。因此，call 用于它们 - 更好的性能。
对于其他语言，语言设计者决定使用callvirt，因此 JIT 编译器验证用于进行调用的对象不为空。即使对于非虚拟实例方法.. 他们更看重安全而不是性能。

另请参阅：Jeff Richter 在这方面做得更好 - 在他的 CLR 中通过 C# 2nd Ed 的“设计类型”一章中

【讨论】：

我认为他们都在调试器关闭的情况下使用调用(the first is callvirt in debug because you can place a breakpoint on the second line and change the value of o to null)。

【解决方案3】：

除了（也许-）有趣之外...GetType() 的不同之处在于它不是 virtual - 这会导致一些very, very odd things。

（标记为 wiki，因为它与实际问题有些偏离主题）

【讨论】：

【解决方案4】：

编译器不知道第一个表达式中o 的真实类型，但它知道第二个表达式中的真实类型。看起来它一次只查看一个语句。

这很好，因为 C# 严重依赖 JIT 进行优化。在这种简单的情况下，很可能两个调用都会在运行时变成实例调用。

我不相信 callvirt 会为非虚拟方法发出，但即使是，也没有问题，因为该方法永远不会被覆盖（出于显而易见的原因）。

【讨论】：

这仅解释了虚拟方法的 callvirt。但是 GetType 不是虚拟的。这是一个在 CLR 内部深处实现的外部函数（可能返回一个存储在对象的 vtable 或其他东西中的字段）。每个对象都使用相同的方法。
很公平——我认为 GetType 是虚拟的。我的错。我喜欢达斯汀的回答。

【解决方案5】：

我会冒险猜测这是因为第一个分配给一个变量，该变量可能包含另一个类型的向下转换实例，该实例可能已覆盖 GetType（尽管我们可以看到它没有）；第二个永远不会是Object以外的任何东西。

【讨论】：