.Net程序員們每天都在和Object在打交道
如果你問(wèn)一個(gè).Net程序員什么是Object，他可能會(huì)信誓旦旦的告訴你"Object還不簡(jiǎn)單嗎，就是所有類型的基類"
這個(gè)答案是對(duì)的，但是不足以說(shuō)明Object真正是什么

在這篇文章我們將會(huì)通過(guò)閱讀CoreCLR的源代碼了解Object在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)和實(shí)際到內(nèi)存中瞧瞧Object

Object在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)

為了便于理解后面的內(nèi)容，我先用一張圖說(shuō)明Object在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)

.Net中的Object包含了這三個(gè)部分

• 指向頭部的指針

• 指向類型信息的指針

• 字段內(nèi)容

微軟有一張更全的圖（說(shuō)明的是.Net Framework的結(jié)構(gòu)，但是基本和.Net Core一樣)

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Object的源代碼解析

Object的定義(摘要)
源代碼:?https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/object.h

class Object {PTR_MethodTable m_pMethTab; }

PTR_MethodTable的定義，DPTR是一個(gè)指針的包裝類，你可以先理解為MethodTable*的等價(jià)
源代碼:?https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/common.h

typedef DPTR(class MethodTable) PTR_MethodTable;

在Object的定義中我們只看到了一個(gè)成員，這個(gè)成員就是指向類型信息的指針，那其他兩個(gè)部分呢？

這是獲取指向頭部的指針的函數(shù)，我們可以看到這個(gè)指針剛好放在了Object的前面

PTR_ObjHeader GetHeader(){LIMITED_METHOD_DAC_CONTRACT; ? ?return dac_cast<PTR_ObjHeader>(this) - 1; }

這是獲取字段內(nèi)容的函數(shù)，我們可以看到字段內(nèi)容剛好放在了Object的后面

PTR_BYTE GetData(void){LIMITED_METHOD_CONTRACT;SUPPORTS_DAC; ? ?return dac_cast<PTR_BYTE>(this) + sizeof(Object); }

我們可以看到Object中雖然只定義了指向類型信息的指針，但運(yùn)行時(shí)候前面會(huì)帶指向頭部的指針，并且后面會(huì)帶字段內(nèi)容
Object在內(nèi)存中擁有不定的長(zhǎng)度，并且起始地址是分配到的內(nèi)存地址+一個(gè)指針的大小
Object結(jié)構(gòu)比較特殊，所以這個(gè)對(duì)象的生成也需要特殊的處理，關(guān)于Object的生成我將在后面的篇幅中介紹

Object中定義的m_pMethTab還保存了額外的信息，因?yàn)檫@是一個(gè)指針值，所以總會(huì)以4或者8對(duì)齊，這樣最后兩個(gè)bit會(huì)總是為0
.Net利用了這兩個(gè)閑置的bit，分別用于保存GC Pinned和GC Marking，關(guān)于這里我也將在后面的篇幅中介紹

ObjHeader的源代碼解析

ObjHeader的定義(摘要)
源代碼:?https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/syncblk.h

class ObjHeader {// !!! Notice: m_SyncBlockValue *MUST* be the last field in ObjHeader.#ifdef _WIN64DWORD ? ?m_alignpad;#endif // _WIN64Volatile<DWORD> m_SyncBlockValue; ? ? ?// the Index and the Bits}

m_alignpad是用于對(duì)齊的（讓m_SyncBlockValue在后面4位），值應(yīng)該為0
m_SyncBlockValue的前6位是標(biāo)記，后面26位是對(duì)應(yīng)的SyncBlock在SyncBlockCache中的索引
SyncBlock的作用簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是用于線程同步的，例如下面的代碼會(huì)用到SyncBlock

var obj = new object();lock (obj) { }

ObjHeader只包含了SyncBlock，所以你可以看到有的講解Object結(jié)構(gòu)的文章中會(huì)用SyncBlock代替ObjHeader
關(guān)于SyncBlock更具體的講解還可以查看這篇文章

MethodTable的源代碼解析

MethodTable的定義(摘要)
源代碼:?https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/methodtable.h

class MethodTable { ? ?// Low WORD is component size for array and string types (HasComponentSize() returns true).// Used for flags otherwise.DWORD m_dwFlags; ? ?// Base size of instance of this class when allocated on the heapDWORD m_BaseSize;WORD m_wFlags2; ? ?// Class token if it fits into 16-bits. If this is (WORD)-1, the class token is stored in the TokenOverflow optional member.WORD m_wToken; ? ?// <NICE> In the normal cases we shouldn't need a full word for each of these </NICE>WORD m_wNumVirtuals;WORD m_wNumInterfaces; ? ?#ifdef _DEBUGLPCUTF8 debug_m_szClassName;#endif //_DEBUG// Parent PTR_MethodTable if enum_flag_HasIndirectParent is not set. Pointer to indirection cell// if enum_flag_enum_flag_HasIndirectParent is set. The indirection is offset by offsetof(MethodTable, m_pParentMethodTable).// It allows casting helpers to go through parent chain natually. Casting helper do not need need the explicit check// for enum_flag_HasIndirectParentMethodTable.TADDR m_pParentMethodTable;PTR_Module m_pLoaderModule; ? ?// LoaderModule. It is equal to the ZapModule in ngened imagesPTR_MethodTableWriteableData m_pWriteableData; ? ?union {EEClass * ? m_pEEClass;TADDR ? ? ? m_pCanonMT;}; ? ?// m_pPerInstInfo and m_pInterfaceMap have to be at fixed offsets because of performance sensitive // JITed code and JIT helpers. However, they are frequently not present. The space is used by other// multipurpose slots on first come first served basis if the fixed ones are not present. The other // multipurpose are DispatchMapSlot, NonVirtualSlots, ModuleOverride (see enum_flag_MultipurposeSlotsMask).// The multipurpose slots that do not fit are stored after vtable slots.union{PTR_Dictionary * ? ?m_pPerInstInfo;TADDR ? ? ? ? ? ? ? m_ElementTypeHnd;TADDR ? ? ? ? ? ? ? m_pMultipurposeSlot1;}; ? ?union{InterfaceInfo_t * ? m_pInterfaceMap;TADDR ? ? ? ? ? ? ? m_pMultipurposeSlot2;}; ? ?// 接下來(lái)還有一堆OPTIONAL_MEMBERS，這里省去介紹}

這里的字段非常多，我將會(huì)在后面的篇幅一一講解，這里先說(shuō)明MethodTable中大概有什么信息

• 類型的標(biāo)記，例如StaticsMask_Dynamic和StaticsMask_Generics等 (m_dwFlags)

• • 如果類型是字符串或數(shù)組還會(huì)保存每個(gè)元素的大小(ComponentSize)，例如string是2 int[100]是4

• 類型需要分配的內(nèi)存大小 (m_BaseSize)

• 類型信息，例如有哪些成員和是否接口等等 (m_pCanonMT)

可以看出這個(gè)類型就是用于保存類型信息的，反射和動(dòng)態(tài)Cast都需要依賴它

實(shí)際查看內(nèi)存中的Object

對(duì)Object的初步分析完了，可分析對(duì)了嗎？讓我們來(lái)實(shí)際檢查一下內(nèi)存中Object是什么樣子的
VisualStudio有反編譯和查看內(nèi)存的功能，如下圖

這里我定義了MyClass和MyStruct類型，先看Console.WriteLine(myClass)
這里把第一個(gè)參數(shù)設(shè)置到rcx并且調(diào)用Console.WriteLine函數(shù)，為什么是rcx請(qǐng)看查看參考鏈接中對(duì)fastcall的介紹
rbp + 0x50 = 0x1fc8fde110

跳到內(nèi)存中以后可以看到選中的這8byte是指向?qū)ο蟮闹羔?#xff0c;讓我們繼續(xù)跳到0x1fcad88390

這里我們可以看到MyClass實(shí)例的真面目了，選中的8byte是指向MethodTable的指針
后面分別是指向StringMember的指針和IntMember的內(nèi)容
在這里指向ObjHeader的指針是一個(gè)空指針，這是正常的，微軟在代碼中有注釋This is often zero

這里是StringMember指向的內(nèi)容，分別是指向MethodTable的指針，字符串長(zhǎng)度和字符串內(nèi)容

這里是MyClass的MethodTable，m_BaseSize是32
有興趣的可以去和MethodTable的成員一一對(duì)照，這里我就不跟下去了
讓我們?cè)倏聪聅truct是怎么處理的

可以看到只是簡(jiǎn)單的把值復(fù)制到了堆棧空間中（rbp是當(dāng)前frame的堆棧基礎(chǔ)地址)
讓我們?cè)賮?lái)看下Console.WriteLine對(duì)于struct是怎么處理的，這里的處理相當(dāng)有趣

因?yàn)樾枰b箱，首先會(huì)要來(lái)一個(gè)箱子，箱子放在了rbp+30h

把MyStruct中的值復(fù)制到了箱子中，rax+8的8是把值復(fù)制到MethodTable之后

復(fù)制后，接下來(lái)把這個(gè)箱子傳給Console.WriteLine就和MyClass一樣了

另外再附一張實(shí)際查看ComponentSize的圖

彩蛋

看完了.Net中對(duì)Object的定義，讓我們?cè)倏聪翽ython中隊(duì)Object的定義
源代碼:?https://github.com/python/cpython/blob/master/Include/object.h

#define PyObject_HEAD PyObject ob_base; // 每個(gè)子類都需要把這個(gè)放在最開(kāi)頭typedef struct _object {#ifdef Py_TRACE_REFSstruct _object *_ob_next; // Heap中的前一個(gè)對(duì)象struct _object *_ob_prev; // Heap中的后一個(gè)對(duì)象#endifPy_ssize_t ob_refcnt; // 引用計(jì)數(shù)struct _typeobject *ob_type; // 指向類型信息} PyObject;

定義不一樣，但是作用還是類似的

參考

http://stackoverflow.com/questions/20033353/clr-implementation-of-virtual-method-calls-via-pointer-to-base-class
http://stackoverflow.com/questions/9808982/clr-implementation-of-virtual-method-calls-to-interface-members
http://stackoverflow.com/questions/1589669/overhead-of-a-net-array
https://en.wikipedia.org/wiki/X86_calling_conventions
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/object.inl
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/object.h
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/object.cpp
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/syncblk.h
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/syncblk.cpp
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/methodtable.inl
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/methodtable.h
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/methodtable.cpp
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/vm/class.h
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/inc/daccess.h
https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/debug/daccess/dacfn.cpp

寫在最后

因?yàn)槭莿傞_(kāi)始閱讀coreclr的代碼，如果有誤請(qǐng)?jiān)诹粞灾兄赋?br />接下來(lái)有時(shí)間我將會(huì)著重閱讀和介紹這些內(nèi)容

• Object的生成和銷毀

• Object繼承的原理(MethodTable)

• Object同步的原理(ObjHeader, SyncBlock)

• GC的工作方式

• DACCESS

原文地址：http://www.cnblogs.com/zkweb/p/6244934.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CoreCLR源码探索(一) Object是什么的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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