c# - IL 中调用实例与 newobj 实例之间的区别

Question

我正在深入研究 C#，并尝试使用可为 null 的值类型。只是出于实验目的，我写了一段代码:

    private static void HowNullableWorks()
    {
        int test = 3;
        int? implicitConversion = test;
        Nullable<int> test2 = new Nullable<int>(3);

        MethodThatTakesNullableInt(null);
        MethodThatTakesNullableInt(39);
    }

我很惊讶地看到 implicitConversion/test2 变量初始化为:

call       instance void valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::.ctor(!0)

指令，而当 MethodThatTakesNullableInt 被调用时，我可以看到:

IL_0017:  initobj    valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>

和

IL_0026:  newobj     instance void valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::.ctor(!0)

我明白了。我想我也会看到 implicitConversion/test2 的 newobj 指令。

这是完整的 IL 代码:

.method private hidebysig static void  HowNullableWorks() cil managed
{
  // Code size       50 (0x32)
  .maxstack  2
  .locals init ([0] int32 test,
           [1] valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32> implicitConversion,
           [2] valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32> test2,
           [3] valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32> CS$0$0000)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldc.i4.3
  IL_0002:  stloc.0
  IL_0003:  ldloca.s   implicitConversion
  IL_0005:  ldloc.0
  IL_0006:  call       instance void valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::.ctor(!0)
  IL_000b:  nop
  IL_000c:  ldloca.s   test2
  IL_000e:  ldc.i4.3
  IL_000f:  call       instance void valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::.ctor(!0)
  IL_0014:  nop
  IL_0015:  ldloca.s   CS$0$0000
  IL_0017:  initobj    valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>
  IL_001d:  ldloc.3
  IL_001e:  call       void csharp.in.depth._2nd.Program::MethodThatTakesNullableInt(valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>)
  IL_0023:  nop
  IL_0024:  ldc.i4.s   39
  IL_0026:  newobj     instance void valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>::.ctor(!0)
  IL_002b:  call       void csharp.in.depth._2nd.Program::MethodThatTakesNullableInt(valuetype [mscorlib]System.Nullable`1<int32>)
  IL_0030:  nop
  IL_0031:  ret
} // end of method Program::HowNullableWorks

Answer 1

首先，看起来您是在 Debug 模式下编译的(基于 nop)——如果您在 Release 模式下编译，您可能会看到不同的代码。

ECMA CLR 规范的第 I.12.1.6.2.1 节(初始化值类型的实例)说:

There are three options for initializing the home of a value type instance. You can zero it by loading the address of the home (see Table I.8: Address and Type of Home Locations) and using the initobj instruction (for local variables this is also accomplished by setting the localsinit bit in the method’s header). You can call a user-defined constructor by loading the address of the home (see Table I.8: Address and Type of Home Locations) and then calling the constructor directly. Or you can copy an existing instance into the home, as described in §I.12.1.6.2.2.

代码中前三种可空类型的使用导致空值存储在局部变量中，因此此注释是相关的(局部变量是值的一种类型home):前两个是局部变量您已声明的 implicitConversion 和 test，第三个是名为 CS$0$0000 的编译器生成的临时文件。正如 ECMA 规范所指出的，这些局部变量可以使用 initobj 进行初始化(相当于结构的默认无参数构造函数，用于 CS$0$0000在这种情况下)或通过加载本地地址并调用构造函数(用于其他两个本地地址)。

然而，对于最终的可空实例(由 39 的隐式转换创建)，结果不存储在本地 - 它在堆栈上生成，因此初始化 home 的规则在这里申请。相反，编译器只使用 newobj 在堆栈上创建值(就像对任何值或引用类型一样)。

您可能想知道为什么编译器为调用 MethodThatTakesNullableInt(null) 而不是为 MethodThatTakesNullableInt(39) 生成局部变量。我怀疑答案是编译器总是使用 initobj 调用默认构造函数(然后需要本地或其他 home 作为值)，但使用 newobj 调用其他构造函数，并在还没有合适的值存放位置时将结果存储在堆栈中。

有关更多信息，另请参阅规范中第 III.4.21 节 (newobj) 的评论:

Value types are not usually created using newobj. They are usually allocated either as arguments or local variables, using newarr (for zero-based, one-dimensional arrays), or as fields of objects. Once allocated, they are initialized using initobj. However, the newobj instruction can be used to create a new instance of a value type on the stack, that can then be passed as an argument, stored in a local, etc.