c# - 静态变量和静态字段的实现区别是什么？

Question

这个问题是从编译器实现的角度来看的。

我想知道 C# 中的静态变量，我找到了为什么它们没有实现的解释(这里:http://blogs.msdn.com/b/csharpfaq/archive/2004/05/11/why-doesn-t-c-support-static-method-variables.aspx)。

引用“通过类级静态可以获得几乎相同的效果”——这让我很好奇，有什么区别？假设 C# 将具有静态变量语法——实现可以是“将其作为静态字段静默推送并保留条件初始化(如有必要)”。完成。

我唯一能发现的是给定初始化值类型的问题。有没有其他适合“几乎”的东西？

我重新表述了这个问题——如何在 C# 编译器中使用仅现有功能实现静态变量(因此静态变量必须在当前状态下在内部生成)。

Answer 1

实际上很容易检查编译器必须做什么才能在 C# 中实现静态变量。

C# 旨在编译为 CIL(通用中间语言)。支持静态变量的C++也可以编译成CIL。

让我们看看当我们这样做时会发生什么。首先，让我们考虑以下简单类:

public ref class Class1
{
private:
    static int i = 0;

public:
    int M() {
        static int i = 0;
        i++;
        return i;
    }

    int M2() {
        i++;
        return i;
    }
};

两个方法，相同的行为 - i 初始化为 0，递增并在每次调用方法时返回。让我们比较一下 IL。

.method public hidebysig instance int32  M() cil managed
{
  // Code size       20 (0x14)
  .maxstack  2
  .locals ([0] int32 V_0)
  IL_0000:  ldsfld     int32 '?i@?1??M@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHXZ@4HA'
  IL_0005:  ldc.i4.1
  IL_0006:  add
  IL_0007:  stsfld     int32 '?i@?1??M@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHXZ@4HA'
  IL_000c:  ldsfld     int32 '?i@?1??M@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHXZ@4HA'
  IL_0011:  stloc.0
  IL_0012:  ldloc.0
  IL_0013:  ret
} // end of method Class1::M

.method public hidebysig instance int32  M2() cil managed
{
  // Code size       20 (0x14)
  .maxstack  2
  .locals ([0] int32 V_0)
  IL_0000:  ldsfld     int32 CppClassLibrary.Class1::i
  IL_0005:  ldc.i4.1
  IL_0006:  add
  IL_0007:  stsfld     int32 CppClassLibrary.Class1::i
  IL_000c:  ldsfld     int32 CppClassLibrary.Class1::i
  IL_0011:  stloc.0
  IL_0012:  ldloc.0
  IL_0013:  ret
} // end of method Class1::M2

同理。唯一的区别是字段名称。它使用在 CIL 中合法但在 C++ 中非法的字符，因此不能在 C++ 代码中使用相同的名称。 C# 编译器经常将此技巧用于自动生成的字段。唯一的区别是不能通过反射访问静态变量——我不知道它是怎么做到的。

让我们转到一个更有趣的例子。

int M3(int a) {
    static int i = a;
    i++;
    return i;
}

现在乐趣开始了。静态变量不能再在编译时初始化。它必须在运行时完成。编译器必须确保它只被初始化一次，所以它必须是线程安全的。

生成的 CIL 是

.method public hidebysig instance int32  M3(int32 a) cil managed
{
  // Code size       73 (0x49)
  .maxstack  2
  .locals ([0] int32 V_0)
  IL_0000:  ldsflda    int32 '?$TSS0@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'                                              
  IL_0005:  call       void _Init_thread_header_m(int32 modreq([mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.IsVolatile)*)
  IL_000a:  ldsfld     int32 '?$TSS0@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
  IL_000f:  ldc.i4.m1
  IL_0010:  bne.un.s   IL_0035
  .try
  {
    IL_0012:  ldarg.1
    IL_0013:  stsfld     int32 '?i@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
    IL_0018:  leave.s    IL_002b
  }  // end .try
  fault
  {
    IL_001a:  ldftn      void _Init_thread_abort_m(int32 modreq([mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.IsVolatile)*)
    IL_0020:  ldsflda    int32 '?$TSS0@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
    IL_0025:  call       void ___CxxCallUnwindDtor(method void *(void*),
                                                   void*)
    IL_002a:  endfinally
  }  // end handler
  IL_002b:  ldsflda    int32 '?$TSS0@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
  IL_0030:  call       void _Init_thread_footer_m(int32 modreq([mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.IsVolatile)*)
  IL_0035:  ldsfld     int32 '?i@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
  IL_003a:  ldc.i4.1
  IL_003b:  add
  IL_003c:  stsfld     int32 '?i@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
  IL_0041:  ldsfld     int32 '?i@?1??M3@Class1@CppClassLibrary@@Q$AAMHH@Z@4HA'
  IL_0046:  stloc.0
  IL_0047:  ldloc.0
  IL_0048:  ret
} // end of method Class1::M3

看起来要复杂得多。第二个静态字段，看起来像一个关键部分(尽管我找不到有关 _Init_thread_* 方法的任何信息)。

它看起来不再那么微不足道了。性能也会受到影响。恕我直言，不在 C# 中实现静态变量是一个很好的决定。

总结一下，

要支持静态变量，C# 编译器必须:

1. 为变量创建一个私有(private)静态字段，确保名称是唯一的，不能直接在 C# 代码中使用。
2. 通过反射使这个字段不可见。
3. 如果无法在编译时完成初始化，请使其成为线程安全的。

看起来不多，但如果像这样组合几个特征，复杂性会呈指数级上升。

而您唯一得到的返回是一个简单的、编译器提供的、线程安全的初始化。

仅仅因为其他语言支持就向语言添加功能不是一个好主意。在真正需要时添加功能。 C# 设计团队已经用 array covariance 犯了这个错误