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[图文]详解.Net中的委托           ★★★
详解.Net中的委托
点击数: 更新时间:2009-10-21 19:02:06


委托前世与今生

大家都知道,在C/C++里,可以在一个函数里实现一个算法的骨架,然后在这个函数的参数里放一个“钩子”,使用的时候,利用这个“钩子” 注入一个函数,注入的函数来实现不同算法的不同内容,这样就可以达到算法骨架重用的目的。而这里所谓的“钩子”就是“函数指针”。这个"钩子"的功能虽然很强大,但是也有它的不足之处的,比如:不是类型安全的、只能“钩”一个函数。比如微软对委托的解释:委托是一种面向对象的,类型安全的,可以多播的函数指针。要弄清楚这句话,我们先来了解用C#的关键字delegate声明的一个委托到底是什么样的东西:

   1: namespace Yuyijq.DotNet.Chapter2
   2: {
   3:     public delegate void MyDelegate(int para);
   4: }

隐藏在背后的秘密

比较简单的代码,我使用ILDasm反编译一下:

wps_clip_image-0

这么简单的一行代码,就变成了一个类:类名与委托名一致,这个类继承自System.MulticastDelegate类,连构造器一起有四个成员。看看我们如何使用这个委托:

   1: public class TestDelegate
   2: {
   3:     MyDelegate myDelegate;
   4:  
   5:     public void AssignDelegate()
   6:     {
   7:         this.myDelegate = new MyDelegate(Test);
   8:     }
   9:  
  10:     public void Test(int para)
  11:     {
  12:         Console.WriteLine("Test Delegate");
  13:     }
  14: }

编译后用ILDasm看看结果:

.field private class Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate myDelegate

发现,.Net把委托就当做一个类型,与其他类型一样对待,你现在再想下上面那句话中说委托是面向对象的函数指针的意思。

接着看看AssignDelegate反编译后的代码:

   1: .method public hidebysig instance void  AssignDelegate() cil managed
   2: {
   3:   // Code size       19 (0x13)
   4:   .maxstack  8
   5: //将方法的第一个参数push到IL的运算栈上(对于一个实例方法来说,比如AssignDelegate,它的第一个参数就是“this”了)
   6:   IL_0000:  ldarg.0
   7: //这里又把this压栈了一次,因为下面一条指令中的Test方法是一个实例方法,需要一个this
   8:   IL_0001:  ldarg.0
   9: //ldftn就是把实现它的参数中的方法的本机代码的非托管指针push到栈上,在这里你就可以认为是获取实例方法Test的地址
  10:   IL_0002:  ldftn instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate::Test(int32)
  11: //调用委托的构造器,这个构造器需要两个参数,一个对象引用,就是第一次压栈的this,一个方法的地址。
  12:   IL_0008:  newobj instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate::.ctor(object,native int)
  13:   IL_000d:  stfld class Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate::myDelegate
  14:   IL_0012:  ret
  15: }

通过上面的代码,我们会发现,将一个实例方法分配给委托时,委托不仅仅引用了方法的地址,还有这个方法所在对象的引用,这里就是所谓的类型安全。

我们再回过头来看看MyDelegate的继承链:MyDelegate->MulticastDelegate->Delegate。

奇妙的地方

而Delegate中有三个有趣的字段:

internal object _target;
internal IntPtr _methodPtr;
internal IntPtr _methodPtrAux;

对这三个字段做详细说明

_target

1、如果委托指向的方法是实例方法,则_target的值是指向目标方法所在对象的指针

2、如果委托指向的是静态方法,则_target的值是委托实例自身

_methodPtr

1、如果委托指向的方法是实例方法,则_methodPtr的值指向一个JIT Stub(如果这个方法还没有被JIT编译,关于JIT Stub会在后面的章节介绍),或指向该方法JIT后的地址

2、如果委托指向的方法是静态方法,则_methodPtr指向的是一个Stub(一段小代码,这段代码的作用是_target,然后调用 _methodPtrAux指向的方法),而且所有签名相同的委托,共享这个Stub。为什么要这样一个Stub?我想是为了让通过委托调用方法的流程一 致吧,不管指向的是实例方法还是静态方法,对于外部来说,只需要调用_methodPtr指向的地址,但是对于调用实例方法而言,它需要this,也就是 这里的_target,而静态方法不需要,为了让这里的过程一直,CLR会偷偷的在委托指向静态方法时插入一小段代码,用于去掉_target,而直接 jmp到_methodPtrAux指向的方法。

_methodPtrAux

1、如果委托指向的是实例方法,则_methodPtrAux就是0。

2、如果委托指向的是静态方法,则这时_methodPtrAux起的作用与_mthodPtr在委托指向实例方法的时候是一样的。

实际上通过反编译Delegate的代码发现,Delegate有一个只读属性Target,该Target的实现依靠GetTarget方法,该方法的代码如下:

   1: internal virtual object GetTarget()
   2: {
   3:     if (!this._methodPtrAux.IsNull())
   4:     {
   5:         return null;
   6:     }
   7:     return this._target;
   8: }

实了当委托指向静态方法时,Target属性为null。

我们来自己分析下以上结论的正确性.

_target和_methodPtr是否真的如上面所说,可以试试看。

建立一个Console类型的工程,在项目属性的“调试(Debug)”选项卡里选中“允许非托管代码调试(Enable unmanaged code debuging)”。

   1: namespace Yuyijq.DotNet.Chapter2
   2: {
   3:     public delegate void MyDelegate(int para);
   4:     public class TestDelegate
   5:     {
   6:         public void Test(int para)
   7:         {
   8:             Console.WriteLine("Test Delegate");
   9:         }
  10:         public void CallByDelegate()
  11:         {
  12:             MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(this.Test);
  13:             myDelegate(5);
  14:         }
  15:  
  16:         static void Main()
  17:         {
  18:             TestDelegate test = new TestDelegate();
  19:             test.CallByDelegate();
  20:         }
  21:     }
  22: }

上面是作为实验的代码。

在CallByDelegate方法的第二行设置断点

F5执行,命中断电后,在Visual Studio的立即窗口(Immediate Window)里输入如下命令(菜单栏->调试(Debug)->立即窗口(Immediate)):

//.load sos.dll用于加载SOS.dll扩展

.load sos.dll

extension C:\Windows\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\sos.dll loaded

//Dump Stack Objects的缩写,输出栈中的所有对象

//该命令的输出有三列,第二列Object就是该对象在内存中的地址

!dso

PDB symbol for mscorwks.dll not loaded

OS Thread Id: 0x1588 (5512)

ESP/REG Object Name

0037ec10 019928a4 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

0037ed50 019928a4 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

0037ed5c 019928b0 Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate

0037ed60 019928b0 Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate

0037ef94 019928b0 Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate

0037ef98 019928b0 Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate

0037ef9c 019928a4 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

0037efe0 019928a4 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

0037efe4 019928a4 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

//do命令为Dump Objects缩写,参数为对象地址,输出该对象的一些信息

!do 019928b0

Name: Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate

MethodTable: 00263100

EEClass: 002617e8

Size: 32(0x20) bytes

(E:\Study\Demo\Demo\bin\Debug\Demo.exe)

//该对象的一些字段

Fields:

MT Field Offset Type VT Attr Value Name

704b84dc 40000ff 4 System.Object 0 instance 019928a4 _target

704bd0ac 4000100 8 ...ection.MethodBase 0 instance 00000000 _methodBase

704bb188 4000101 c System.IntPtr 1 instance 0026C018 _methodPtr

704bb188 4000102 10 System.IntPtr 1 instance 00000000 _methodPtrAux

704b84dc 400010c 14 System.Object 0 instance 00000000 _invocationList

704bb188 400010d 18 System.IntPtr 1 instance 00000000 _invocationCount

在最后Fields一部分,我们看到了_target喝_methodPtr,_target的值为019928a4,看看上面!dso命令的输出,这个不就是Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate实例的内存地址么。

在上面的!do命令的输出中,我们看到了MethodTable:00263100,这就是该对象的方法表地址(关于方法表更详细的讨论会在后面的 章节介绍到,现在你只要把他看做一个记录对象所有方法的列表就行了,该列表里每一个条目就是一个方法)。我们看看 Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate..Test方法的内存地址,看起是否与_methodPtr的值是一致的,那 么首先就要获得Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate.的实例中MethodTable的值:

!do 019928a4

Name: Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

MethodTable: 00263048

EEClass: 002612f8

Size: 12(0xc) bytes

(E:\Study\Demo\Demo\bin\Debug\Demo.exe)

Fields:

None

现在知道了其方法表的值为00263048,然后使用下面的命令找到Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate..Test方法的地址:

!dumpmt -md 00263048

EEClass: 002612f8

Module: 00262c5c

Name: Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate

mdToken: 02000003 (E:\Study\Demo\Demo\bin\Debug\Demo.exe)

BaseSize: 0xc

ComponentSize: 0x0

Number of IFaces in IFaceMap: 0

Slots in VTable: 9

--------------------------------------

MethodDesc Table

Entry MethodDesc JIT Name

.......

0026c010 00262ffc NONE Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate.AssignDelegate()

0026c018 0026300c NONE Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate.Test(Int32)

......

Entry这一列就是一个JIT Stub。看看,果然与_methodPtr的是一致的,因为这时Test方法还没有经过JIT(JIT列为NONE),所以_methodPtr指向的是这里的JIT Stub。

如果给委托绑定一个静态方法呢?现在我们把Test方法改为静态的,那实例化委托的时候,就不能用this.Test了,而应该用TestDelegate.Test。还是在原位置设置断点,使用与上面相同的命令,查看_target与_methodPtr的值。

MT Field Offset Type VT Attr Value Name

704b84dc 40000ff 4 System.Object 0 instance 01e928b0 _target

704bb188 4000101 c System.IntPtr 1 instance 007809C4 _methodPtr

704bb188 4000102 10 System.IntPtr 1 instance 0025C018 _methodPtrAux

你会发现这里的_target字段的值就是MyDelegate的实例myDelegate的地址。然后我们通过上面的方法,找到Test方法的地址,发现_methodPtrAux的值与该值是相同的。

实际上你还可以再编写一个与MyDelegate相同签名的委托,然后也指向一个静态方法,使用相同的方法查看该委托的_methodPtr的值,你会发现这个新委托与MyDelegate的_methodPtr的值是一致的。

刚才不是说这个时候_methodPtr指向的是一个Stub么,既然如此那我们反汇编一下代码:

!u 007809C4

Unmanaged code

007809C4 8BC1 mov eax,ecx

007809C6 8BCA mov ecx,edx

007809C8 83C010 add eax,10h

007809CB FF20 jmp dword ptr [eax]

........

.Net里JIT的方法的调用约定是Fast Call,对于Fast Call来说,方法的前两个参数会放在ECX和EDX两个寄存器中。那么mov eax,ecx实际上就是将_target传递给eax,再看看

704bb188 4000102 10 System.IntPtr 1 instance 0025C018 _methodPtrAux

_methodPtrAux的偏移是10,这里的add eax,10h就是将eax指向_methodPtrAux,然后jmp dword ptr[eax]就是跳转到_methodPtrAux所指向的地址了,就是委托指向的那个静态方法。

通过委托调用方法

如何通过委托调用方法呢:

   1: public void CallByDelegate()
   2: {
   3:    MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(this.Test);
   4:  
   5:    myDelegate(5);
   6: }

再来看看其对应的IL代码:

   1: .method public hidebysig instance void  CallByDelegate() cil managed
   2: {
   3:   // Code size       21 (0x15)
   4:   .maxstack  3
   5:   .locals init ([0] class Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate myDelegate)
   6:   IL_0000:  ldarg.0
   7:   IL_0001:  ldftn instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.TestDelegate::Test(int32)
   8:   IL_0007:  newobj instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate::.ctor(object, native int)
   9:   IL_000c:  stloc.0
  10:   IL_000d:  ldloc.0
  11:   IL_000e:  ldc.i4.5
  12:   IL_000f:  callvirt   instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate::Invoke(int32)
  13:   IL_0014:  ret
  14: }

前面的代码我们已经熟悉,最关键的就是

callvirt instance void Yuyijq.DotNet.Chapter2.MyDelegate::Invoke(int32)

我们发现,通过委托调用方法,实际上就是调用委托的Invoke方法。

多播的委托

好了,既然已经解释了面向对象和类型安全,那么说委托是多播的咋解释?

你可能已经发现,MyDelegate继承自MulticastDelegate,看这个名字貌似有点意思了。来看看下面这两行代码:

   1: MyDelegate myDelegate = new MyDelegate(this.Test);
   2: myDelegate += new MyDelegate(this.Test1);

通过IL我们可以发现,这里的+=最后就是调用System.Delegate的Combine方法。而Combine的真正实现时在 MulticastDelegate的CombineImpl方法中。在MulticastDelegate中有一个_invocationList字 段,从CombineImpl中可以看出这个字段是一个object[]类型的,而委托链就放在这个数组里。


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