c# – CIL – 拳击/拆箱与Nullable

2024年1月27日 116次阅读

如果我理解CLR如何处理事情和处理无效的方式,如
Boxing / Unboxing Nullable Types – Why this implementation?所述,仍然有些让我困惑的事情.例如,以下C#7代码

void C<T>(object o) where T : struct {
    if (o is T t)
        Console.WriteLine($"Argument is {typeof(T)}: {t}");
}

编译成以下CIL

IL_0000: ldarg.0
IL_0001: isinst valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>
IL_0006: unbox.any valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>
IL_000b: stloc.1
IL_000c: ldloca.s 1
IL_000e: call instance !0 valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>::GetValueOrDefault()
IL_0013: stloc.0
IL_0014: ldloca.s 1
IL_0016: call instance bool valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>::get_HasValue()
IL_001b: brfalse.s IL_003c

IL_001d: ldstr "Argument is {0}: {1}"
IL_0022: ldtoken !!T
IL_0027: call class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle(valuetype [mscorlib]System.RuntimeTypeHandle)
IL_002c: ldloc.0
IL_002d: box !!T
IL_0032: call string [mscorlib]System.String::Format(string, object, object)
IL_0037: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)

IL_003c: ret

但是下面的C#

void D<T>(object o) where T : struct {
    if (o is T)
        Console.WriteLine($"Argument is {typeof(T)}: {(T) o}");
}

编译成以下CIL

IL_0000: ldarg.0
IL_0001: isinst !!T
IL_0006: brfalse.s IL_002c

IL_0008: ldstr "Argument is {0}: {1}"
IL_000d: ldtoken !!T
IL_0012: call class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle(valuetype [mscorlib]System.RuntimeTypeHandle)
IL_0017: ldarg.0
IL_0018: unbox.any !!T
IL_001d: box !!T
IL_0022: call string [mscorlib]System.String::Format(string, object, object)
IL_0027: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)

IL_002c: ret

我认为发生了什么：查看第一种方法的CIL,似乎(1)检查参数是否为[盒装？] Nullable< T>,如果是,则将其推入堆栈,否则为null,( 2)取消它(如果它为空？),(3)尝试获取其值,否则默认(T),(4)然后检查它是否有值,如果没有则分支出来.第二种方法的CIL足够简单,它只是试图取消打包参数.

如果两个代码的语义是等价的,为什么前一种情况涉及拆箱到Nullable< T>.而前一种情况“只是拆箱”？其次,在第一个CIL中,如果对象参数是一个盒装的int,我现在认为它正是它在tin上所说的(即盒装的int而不是盒装的Nullable< int>),不会isinst指令总是失败？ Nullable< T>即使在CIL级别也能得到特殊待遇？

更新：在手写一些MSIL之后,看起来该对象(如果它确实是一个盒装的int)可以解包到int或Nullable< int>中.

.method private static void Foo(object o) cil managed {
    .maxstack 1
    ldarg.0
    isinst int32
    brfalse.s L_00
    ldarg.0
    unbox.any int32
    call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
L_00:
    ldarg.0
    isinst valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>
    brfalse.s L_01
    ldarg.0
    unbox valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>
    call instance !0 valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::GetValueOrDefault()
    call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
L_01:
    ldarg.0
    unbox valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>
    call instance bool valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::get_HasValue()
    brtrue.s L_02
    ldstr "No value!"
    call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
L_02:
    ret
}

最佳答案 C#7中的新语法是一次进行类型检查和类型转换.在旧版本中,这通常以两种可能的方式完成.

if(o is T)
    //use (T)o

T t = o as T;
if(t != null)
    //use t

对于引用类型,第一个具有冗余转换,因为is被编译为isinst和条件分支,正如您可以从使用的CIL指令中看到的那样.第二个代码与CIL方面的第一个代码相同,减去额外的(T)o cast(编译为castclass).

对于值类型,第二个选项只能以可空类型完成,我也认为它实际上比第一个慢(必须创建一个结构).

我已经将以下方法编译为CIL：

static void C<T>(object o) where T : struct
{
    T? t = o as T?;
    if(t != null)
        Console.WriteLine("Argument is {0}: {1}", typeof(T), t);
}

生成此代码：

.method private hidebysig static void  C<valuetype .ctor ([mscorlib]System.ValueType) T>(object o) cil managed
{
  // Code size       48 (0x30)
  .maxstack  3
  .locals init (valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T> V_0)
  IL_0000:  ldarg.0
  IL_0001:  isinst     valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>
  IL_0006:  unbox.any  valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>
  IL_000b:  stloc.0
  IL_000c:  ldloca.s   V_0
  IL_000e:  call       instance bool valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>::get_HasValue()
  IL_0013:  brfalse.s  IL_002f
  IL_0015:  ldstr      "Argument is {0}: {1}"
  IL_001a:  ldtoken    !!T
  IL_001f:  call       class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle(valuetype [mscorlib]System.RuntimeTypeHandle)
  IL_0024:  ldloc.0
  IL_0025:  box        valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<!!T>
  IL_002a:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string,
                                                                object,
                                                                object)
  IL_002f:  ret
}

除了调用GetValueOrDefault之外,这正是问题中的代码,因为我没有获得可空实例的实际值.

可以为空的类型不能直接装箱或取消装箱,只能通过它们的底层值,或者作为普通的空值.第一个isinst确保其他类型不会产生异常(我想isinst !! T也可以使用),而只是一个空引用.然后,unbox.any操作码从引用中形成一个可为空的实例,然后像往常一样使用它.该指令也可以写为空检查并自行构成可空实例,但这种方式更短.

C#7使用第二种方式为T t,因此如果T是值类型,则除了使用可空类型之外别无选择.为什么不选择以前的选项呢？我只能猜测它在语义或实现,变量分配等方面可能会有一些实质性的差异.因此,他们选择与新构造的实现保持一致.

为了比较,这是我在上面的方法中改变T：struct到T：class时生成的内容(以及T？到T)：

.method private hidebysig static void  C<class T>(object o) cil managed
{
  // Code size       47 (0x2f)
  .maxstack  3
  .locals init (!!T V_0)
  IL_0000:  ldarg.0
  IL_0001:  isinst     !!T
  IL_0006:  unbox.any  !!T
  IL_000b:  stloc.0
  IL_000c:  ldloc.0
  IL_000d:  box        !!T
  IL_0012:  brfalse.s  IL_002e
  IL_0014:  ldstr      "Argument is {0}: {1}"
  IL_0019:  ldtoken    !!T
  IL_001e:  call       class [mscorlib]System.Type [mscorlib]System.Type::GetTypeFromHandle(valuetype [mscorlib]System.RuntimeTypeHandle)
  IL_0023:  ldloc.0
  IL_0024:  box        !!T
  IL_0029:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string,
                                                                object,
                                                                object)
  IL_002e:  ret
}

再次与原始方法相当一致.

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