C#具有一個(gè)默認(rèn)開啟的代碼分析規(guī)則：[CA1810]Initialize reference type static fields inline，推薦我們以內(nèi)聯(lián)的方式初始化靜態(tài)字段，而不是將初始化放在靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)中。

一、兩種初始化的性能差異
二、beforefieldinit標(biāo)記
三、靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行的時(shí)機(jī)
四、關(guān)于“All-Zero”結(jié)構(gòu)體
五、RuntimeHelpers.RunClassConstructor方法

一、兩種初始化的性能差異

CA1810這一規(guī)則與性能有關(guān)，我們可以利用如下這段簡(jiǎn)單的代碼來演示兩種初始化的性能差異。Foo和Bar這兩個(gè)類的靜態(tài)字段都定義了一個(gè)名為_value的靜態(tài)字段，它們均通過調(diào)用靜態(tài)方法Initialize返回的值進(jìn)行初始化。不同的是Foo以內(nèi)聯(lián)（inline）賦值的方法進(jìn)行初始化，而Bar則將初始化操作定義在靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)中。假設(shè)Initialize方法是一個(gè)相對(duì)耗時(shí)的操作，我們利用Program的_initialized字段判斷該方法是否被調(diào)用。

static class Program
{
    private static bool _initialized;
    static void Main()
    {
        Foo.Invoke();
        Debug.Assert(_initialized == false);

        Bar.Invoke();
        Debug.Assert(_initialized == true);
    }
    private static int Initialize()
    {
        _initialized = true;
        return 123;
    }
    public class Foo
    {
        private readonly static int _value = Initialize();
        public static int Value => _value;
        public static void Invoke() { }
    }
    public class Bar
    {
        private readonly static int _value;
        public static int Value => _value;
        static Bar() => _value = Initialize();
        public static void Invoke() { }
    }
}

從我們給出的調(diào)用斷言可以確定，當(dāng)我們調(diào)用Foo的靜態(tài)方法Invoke時(shí)，它的靜態(tài)字段_value并沒有初始化；但是當(dāng)我們調(diào)用Bar的Invoke方法時(shí)，Initialize方法會(huì)率先被調(diào)用來初始化靜態(tài)字段。從這個(gè)例子來說，由于整個(gè)應(yīng)用并沒有使用到Foo和Bar的靜態(tài)字段，所以針對(duì)它們的初始化是沒有必要的。所以我們說以內(nèi)聯(lián)方式對(duì)靜態(tài)字段進(jìn)行初始化的Foo具有更好的性能。

二、beforefieldinit標(biāo)記

對(duì)于Foo和Bar這兩個(gè)類型表現(xiàn)出來的不同行為，我們可以試著從IL代碼層面尋找答案。如下所示的兩段IL代碼分別來源于Foo和Bar，我們可以看到雖然Foo類中沒有顯式定義靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，但是編譯器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，針對(duì)靜態(tài)字段的初始化就放在這里。我們可以進(jìn)一步看出，自動(dòng)生成的這個(gè)靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)和我們自己寫的并沒有本質(zhì)的不同。兩個(gè)類型之間的差異并沒有體現(xiàn)在靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)上，而是在于：沒有顯式定義靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)的Foo類型上具有一個(gè)beforefieldinit標(biāo)記。

.class public auto ansi beforefieldinit Foo
	extends [System.Runtime]System.Object
{

	.field private static initonly int32 _value
	.method private hidebysig specialname rtspecialname static
		void .cctor () cil managed
	{

		.maxstack 8

		IL_0000: call int32 Program::Initialize()
		IL_0005: stsfld int32 Foo::_value
		IL_000a: ret
	} 
        …

} 

.class public auto ansi Bar
	extends [System.Runtime]System.Object
{

	.field private static initonly int32 _value	
	.method private hidebysig specialname rtspecialname static
		void .cctor () cil managed
	{
		.maxstack 8

		IL_0000: call int32 Program::Initialize()
		IL_0005: stsfld int32 Bar::_value
		IL_000a: ret
	} 
	
} 

三、靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行的時(shí)機(jī)

從Foo和Bar的IL代碼可以看出，針對(duì)它們靜態(tài)字段的初始化都放在靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)中。但是當(dāng)我們調(diào)用一個(gè)并不涉及類型靜態(tài)字段的Invoke方法時(shí)，定義在Foo中的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行，但是定義在Bar中的則不會(huì)，由此可以看出一個(gè)類型的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行時(shí)機(jī)與類型是否具有beforefieldinit標(biāo)記有關(guān)。具體規(guī)則如下，這一個(gè)規(guī)則直接定義在CLI標(biāo)準(zhǔn)ECMA-335中，靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)在此標(biāo)準(zhǔn)中被稱為類型初始化器（Type Initializer）或者.cctor。

• 具有beforefieldinit標(biāo)記：靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)會(huì)在第一次讀取任何一個(gè)靜態(tài)字段之前自動(dòng)執(zhí)行，這相當(dāng)于一種Lazy loading的模式；
• 不具有beforefieldinit標(biāo)記：靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)會(huì)在如下場(chǎng)景下自動(dòng)執(zhí)行：
• 第一次讀取任何一個(gè)靜態(tài)字段之前；
• 第一個(gè)執(zhí)行任何一個(gè)靜態(tài)方法之前；
• 引用類型：第一次調(diào)用構(gòu)造函數(shù)之前；
• 值類型：第一次調(diào)用實(shí)例方法；

由于beforefieldinit標(biāo)記只有在沒有顯式定義靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)的情況下才會(huì)被添加，所以我們自行定義的專門用來初始化靜態(tài)字段的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)是完全沒有必要的。不但沒有必要，還可能帶來性能問題，應(yīng)該改成以內(nèi)聯(lián)的形式對(duì)靜態(tài)字段進(jìn)行初始化。

四、關(guān)于“All-Zero”結(jié)構(gòu)體

如果我們?cè)谝粋€(gè)結(jié)構(gòu)體中顯式定義了一個(gè)靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)，當(dāng)我們調(diào)用其構(gòu)造函數(shù)之前，靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。

public class Program
{
    private static bool _initialized= false;

    static void Main()
    {
        var foobar = new Foobar(1, 2);
        Debug.Assert(_initialized == true);
    }

    public struct Foobar
    {
        static Foobar() => _initialized = true;
        public Foobar(int foo, int bar)
        {
            Foo = foo;
            Bar = bar;
        }

        public int Foo { get; }
        public int Bar { get; }
    }
}

倘若按照如下的方式利用default關(guān)鍵字得到一個(gè)所有字段為“零”的默認(rèn)結(jié)構(gòu)體（all-zero structure），我們顯式定義的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)是不會(huì)執(zhí)行的。

public class Program
{
    private static bool _initialized = false;

    static void Main()
    {
        Foobar foobar = default;
        Debug.Assert(foobar.Foo == 0);
        Debug.Assert(foobar.Bar == 0);
        Debug.Assert(_initialized == false);
    }
    ...
}

五、RuntimeHelpers.RunClassConstructor方法

如果我們要確保某個(gè)類型的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)已經(jīng)被顯式調(diào)用，可以執(zhí)行RuntimeHelpers.RunClassConstructor方法，它的參數(shù)為目標(biāo)類型的TypeHandle。

public class Program
{
    private static bool _initialized = false;
    static void Main()
    {
        RuntimeHelpers.RunClassConstructor(typeof(Foobar).TypeHandle);
        Debug.Assert(_initialized == true);
    }
    …
}

由于類型的靜態(tài)構(gòu)造函數(shù)只會(huì)被執(zhí)行一次，所以多次RuntimeHelpers.RunClassConstructor并不會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)函數(shù)的重復(fù)執(zhí)行。

public class Program
{
    private static bool _initialized = false;
    static void Main()
    {
        RuntimeHelpers.RunClassConstructor(typeof(Foobar).TypeHandle);
        Debug.Assert(_initialized == true);
        _typeInitializerInvoked = false;
        RuntimeHelpers.RunClassConstructor(typeof(Foobar).TypeHandle);
        Debug.Assert(_initialized == false);
    }
   ...
}