CLR 中 castclass 操作码的用途是什么?
What's the purpose of castclass opcode in CLR?
我遇到了定义在 Standard ECMA - 335, III.4.3
的 castclass
操作码。我写了几个使用 callvirt
操作码的例子,有转换和没有转换。事实证明,castclass
操作码对性能有很大影响。
为了测试,我使用了以下“粗略”(就方法执行时间的不精确而言)程序(由 msvc 2015
在 Release mode
中编译):
public class Program
{
public interface IShow { string show(); }
public class ObjectWithShow : IShow
{
public string show() => "Hello, that's the show method.";
}
// Such functions remains unchanged
public static string showWithCast(object o) => ((IShow)o).show();
public static string show(IShow o) => o.show();
// Such function will be patched later
public static string showWithoutCast(object o) => ((IShow)o).show();
public static void Main()
{
int N = 10000000;
var show_object = new ObjectWithShow();
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
showWithCast(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"With cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
showWithoutCast(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
show(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
}
}
这里是 show/showWitCast
函数的 IL
代码:
.method public hidebysig static string show (class IShow o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
IL_0006: ret
} // end of method Program::show
.method public hidebysig static string showWithCast (object o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: castclass IShow
IL_0006: callvirt instance string IShow::show()
IL_000b: ret
} // end of method Program::showWithCast
这是 showWithoutCast
的代码(注意:我通过在 IL
编辑器中删除 castclass IShow
来修补它。原始版本与 showWithCast
相同)
.method public hidebysig static string showWithoutCast (object o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
IL_0006: ret
} // end of method Program::showWithoutCast
执行结果(i7-3370 CPU@3.40GHz, 8GB RAM)显示如下结果:
With cast 46
Without cast 24
Without cast 23
事实证明,在没有 castclass
的对象上 callvirt
显示的结果几乎与我们使用接口实例的结果相同。那么,castclass
的目的是什么?我猜想 c# compiler
发出这样的代码是为了确保 callvirt
操作码不会用于不正确的类型(因为它无法在编译时执行此类检查)。所以,下面的问题 - 它是否一致 CIL
代码,我故意在某些地方删除 castclass
的使用,我保证该方法将仅用于实现 IShow
的类型?
P.S。当然,你可以问,是不是应该用show
方法呢?但有些情况下,无法使用此类功能。简而言之,我动态生成代码,我想实现泛型容器(它继承IShow
),但是它的泛型参数可以选择性地实现接口IShow
。如果泛型参数没有实现接口(比如是int
)那么我保证不会使用容器的show
方法
所有 callvirt instance string IShow::show
指令都调用相同的存根,它跳转到与接口方法关联的 lookup stub。查找存根将根据接收调用的对象的类型解析要调用的方法。在本例中,该对象确实实现了 IShow
,因此如您所见,一切正常。但是,如果您传递一个未实现 IShow
的对象,查找存根将不会在该对象的方法 table 中找到 IShow::show
,因此会抛出类型 EntryPointNotFoundException
的异常.
在执行 callvirt
指令时,IL 虚拟机的评估堆栈包含一个 object
类型的对象。目标方法是 IShow::show()
。根据 CLI 规范第 III.4.2 节,类型 object
需要可验证者分配给 IShow
才能使 IL 代码可验证。 castclass
使代码可验证。在这种情况下,由于代码是完全可信的,验证会自动跳过,因此不会抛出验证异常,方法会得到 JIT 编译和执行。
从技术上讲,在这种情况下,showWithoutCast
不包含任何 IL 指令,这些指令应根据规范引发 EntryPointNotFoundException
类型的异常。但是,由于代码不可验证,标准的第 II.3 节指出,在验证失败的情况下,行为是 unspecified。也就是说,实现不需要记录发生的行为。另一方面,可验证代码的行为是指定并且castclass
使验证成功。
请注意,当您在计算机上本地构建 IL 代码并 运行 它时,它会自动被视为完全可信。所以 JIT 编译器不会验证任何方法。
我遇到了定义在 Standard ECMA - 335, III.4.3
的 castclass
操作码。我写了几个使用 callvirt
操作码的例子,有转换和没有转换。事实证明,castclass
操作码对性能有很大影响。
为了测试,我使用了以下“粗略”(就方法执行时间的不精确而言)程序(由 msvc 2015
在 Release mode
中编译):
public class Program
{
public interface IShow { string show(); }
public class ObjectWithShow : IShow
{
public string show() => "Hello, that's the show method.";
}
// Such functions remains unchanged
public static string showWithCast(object o) => ((IShow)o).show();
public static string show(IShow o) => o.show();
// Such function will be patched later
public static string showWithoutCast(object o) => ((IShow)o).show();
public static void Main()
{
int N = 10000000;
var show_object = new ObjectWithShow();
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
showWithCast(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"With cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
showWithoutCast(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
{
var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
show(show_object);
}
watch.Stop();
Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
}
}
}
这里是 show/showWitCast
函数的 IL
代码:
.method public hidebysig static string show (class IShow o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
IL_0006: ret
} // end of method Program::show
.method public hidebysig static string showWithCast (object o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: castclass IShow
IL_0006: callvirt instance string IShow::show()
IL_000b: ret
} // end of method Program::showWithCast
这是 showWithoutCast
的代码(注意:我通过在 IL
编辑器中删除 castclass IShow
来修补它。原始版本与 showWithCast
相同)
.method public hidebysig static string showWithoutCast (object o) cil managed
{
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
IL_0006: ret
} // end of method Program::showWithoutCast
执行结果(i7-3370 CPU@3.40GHz, 8GB RAM)显示如下结果:
With cast 46
Without cast 24
Without cast 23
事实证明,在没有 castclass
的对象上 callvirt
显示的结果几乎与我们使用接口实例的结果相同。那么,castclass
的目的是什么?我猜想 c# compiler
发出这样的代码是为了确保 callvirt
操作码不会用于不正确的类型(因为它无法在编译时执行此类检查)。所以,下面的问题 - 它是否一致 CIL
代码,我故意在某些地方删除 castclass
的使用,我保证该方法将仅用于实现 IShow
的类型?
P.S。当然,你可以问,是不是应该用show
方法呢?但有些情况下,无法使用此类功能。简而言之,我动态生成代码,我想实现泛型容器(它继承IShow
),但是它的泛型参数可以选择性地实现接口IShow
。如果泛型参数没有实现接口(比如是int
)那么我保证不会使用容器的show
方法
所有 callvirt instance string IShow::show
指令都调用相同的存根,它跳转到与接口方法关联的 lookup stub。查找存根将根据接收调用的对象的类型解析要调用的方法。在本例中,该对象确实实现了 IShow
,因此如您所见,一切正常。但是,如果您传递一个未实现 IShow
的对象,查找存根将不会在该对象的方法 table 中找到 IShow::show
,因此会抛出类型 EntryPointNotFoundException
的异常.
在执行 callvirt
指令时,IL 虚拟机的评估堆栈包含一个 object
类型的对象。目标方法是 IShow::show()
。根据 CLI 规范第 III.4.2 节,类型 object
需要可验证者分配给 IShow
才能使 IL 代码可验证。 castclass
使代码可验证。在这种情况下,由于代码是完全可信的,验证会自动跳过,因此不会抛出验证异常,方法会得到 JIT 编译和执行。
从技术上讲,在这种情况下,showWithoutCast
不包含任何 IL 指令,这些指令应根据规范引发 EntryPointNotFoundException
类型的异常。但是,由于代码不可验证,标准的第 II.3 节指出,在验证失败的情况下,行为是 unspecified。也就是说,实现不需要记录发生的行为。另一方面,可验证代码的行为是指定并且castclass
使验证成功。
请注意,当您在计算机上本地构建 IL 代码并 运行 它时,它会自动被视为完全可信。所以 JIT 编译器不会验证任何方法。