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無疑，一個Object在CLR中的邏輯結(jié)構(gòu)是相當復雜的。
前段時間，寫了一篇CLR探索系列：System.Object內(nèi)存布局模型及實現(xiàn)研究，側(cè)重從System.Object這個基本類的基本內(nèi)存布局，實現(xiàn)和結(jié)構(gòu)來研究了下。這是遠遠不夠的。今天就從如何存儲一個Object中的Field，Method等信息，這些信息的邏輯組織方式和存儲的邏輯結(jié)構(gòu)。

廢話不多說，看看就知道了：

 

首先，給一個圖：

      
  
    這個圖，顯示了一個Object的MethodTable，EEClass和MethodDescChunk之間的大致關(guān)系。至于一個整體的Object的實現(xiàn)的邏輯結(jié)構(gòu)模型圖，結(jié)構(gòu)比較復雜，不好畫，google了半天也沒找到個現(xiàn)成的，就用這個湊合了。

通常，在內(nèi)存中，對一個instance的ref的這個地址，其實是指向這個instance的MethodTable的。這個內(nèi)容，我在“System.Object這個基本類的基本內(nèi)存布局，實現(xiàn)和結(jié)構(gòu)”這篇文章里面也有說，具體是如何實現(xiàn)的可以參照那篇文章。

老規(guī)矩，截取點MethdTable里面重要的屬性，方法和結(jié)構(gòu)體，總共一個MethodTable的實現(xiàn)，就大概2500多行，（太長了？這僅僅是定義部分），只能截取表示如下了：

 

class MethodTable

{   

    // Low WORD is component size for array and string types, zero otherwise

    DWORD           m_wFlags;

 

    // Base size of instance of this class when allocated on the heap

    DWORD           m_BaseSize;

    //Nmuber of Method
    WORD            m_wNumMethods; 
    //Number of Vitural Methods

    WORD            m_wNumVirtuals;
    WORD            m_wNumInterfaces;

       
    // LoaderModule. It is equal to the ZapModule in ngened images

    PTR_Module      m_pLoaderModule;   

    PTR_MethodTable m_pParentMethodTable;

 

    // This is the way to create a new method table. Don't try calling new directly.

    // Mehtod tables are also created in array.cpp where an EEClass

    // and MethodTable are created in one fell swoop.  I see no rationale basis for

    // such an approach.

    // Even worse almost exactly the same stuff is duplicated in DynamicMethod.cpp.

    // Worse still almost exactly the same stuff is duplicated in generics.cpp.

    //MethodTable的New函數(shù)，MethodTalbe不能直接New一個

    static MethodTable * AllocateNewMT(EEClass *pClass,

                                       DWORD dwVtableSlots,

                                       DWORD dwGCSize,

                                       DWORD dwNumInterfaces,

                                       DWORD numGenericArgs,

                                       DWORD dwNumDicts,

                                       DWORD dwNumTypeSlots,

                                       ClassLoader *pClassLoader,

                                       BaseDomain *pDomain,

                                       BOOL isIFace,

                                       BOOL fHasGenericsStaticsInfo,

                                       BOOL fNeedsRemotableMethodInfo,

                                       BOOL fNeedsRemotingVtsInfo,

                                       BOOL fHasThreadOrContextStatics

                                       , AllocMemTracker *pamTracker

        );

 

    // Return total vtable slots : virtual, static, and instance method slots.

    unsigned GetNumMethods()

    {

        LEAF_CONTRACT;

        return m_wNumMethods;

    }

 

    void SetNumMethods(WORD wNumSlots)

    {

        LEAF_CONTRACT;

        m_wNumMethods = wNumSlots;
    }

       //使用專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對Table中的可寫部分的讀寫。而這些可寫的部分，是定義在另外的一個專門的枚舉類型的變量中。

PTR_MethodTableWriteableData m_pWriteableData;

//MethodTable類中最重要的一個定義，包涵了對EEClass的引用。

PTR_EEClass     m_pEEClass;

      

       //在尋找所謂的VTable定義的時候，著實費了一番功夫，最后得到一個結(jié)論：在sscli2.0中，去掉了m_Vtable[1]的顯示定義。更多的是把Vtable當作一個Thunking Layer來在需要的時候操作。

//為此，MethodTalbe的定義中，還專門定義了一個struct（InteropMethodTableSlotData）來實現(xiàn)模擬就得Vtable結(jié)構(gòu)對COM接口的訪問。在需要使用到類似Vtable的時候直接計算某個Slot的Offset，并且使用專門的Accessor來進行訪問。截取兩個方法來說明這點：

    inline PTR_SLOT GetVtable()

    {

        LEAF_CONTRACT;

        return PTR_SLOT((PTR_HOST_TO_TADDR(this) + TADDR(GetVtableOffset())));

    }

 

    static inline DWORD GetVtableOffset()

    {

        LEAF_CONTRACT;

        return (sizeof(MethodTable));

    }

}

       從下圖中也可以很明顯的看出MethodTable的結(jié)構(gòu)以及其部分字段的表示的含義：

 

       最后給出一個MethodTable中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

struct ThreadAndContextStaticsBucket

{

    // Offset which points to the TLS storage. Allocated lazily - -1 means no offset allocated yet.

    DWORD m_dwThreadStaticsOffset;

    // Offset which points to the CLS storage. Allocated lazily - -1 means no offset allocated yet.

    DWORD m_dwContextStaticsOffset;

    // Size of TLS fields

    WORD m_wThreadStaticsSize;

    // Size of CLS fields

    WORD m_wContextStaticsSize;

};

typedef DPTR(ThreadAndContextStaticsBucket) PTR_ThreadAndContextStaticsBucket;

 

       在上面的部分屬性中，可以看到，一個Object的信息，并不是所有的都保存在MethodTalbe中的。這樣分層設(shè)計的目的，還是一個字：效率。把一個Object使用的最頻繁的部分，保持在MethodTable中，而使用的稍微不頻繁的部分，保持到EEClass中，這部分信息，從名字上面就可以看出，主要是包涵了CLR執(zhí)行引擎所需要的對一個Object的控制信息。也就是如下圖所示，各個不同的部分所包涵的內(nèi)容應用的重點和頻率都不同：

      

       接著，給出EEClass的一些重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

Class EEClass

{

       //得到這個Object運行的一些基本環(huán)境。

       BaseDomain * GetDomain();

    Assembly * GetAssembly();

    Module* GetLoaderModule();

    Module* GetZapModule();

 

       //point out the Module which contains this Object and its EEClass

    PTR_Module m_pModule;

    mdTypeDef m_cl;

       //important property!point to the MethodTable of this Object.

    PTR_MethodTable m_pMethodTable;

 

    // NOTE: Place items that are WORD sized or smaller together,

       //otherwise padding will be used implicitly by the C++ compiler

    WORD m_wCCtorSlot;

    WORD m_wDefaultCtorSlot;

 

    BYTE m_NormType;

       //number of instance Fields

    WORD m_wNumInstanceFields;

       //number of static fields

    WORD m_wNumStaticFields;

    WORD m_wNumHandleStatics;

    WORD m_wNumBoxedStatics;

       //implies the number of Object ref in a instance.

       //GCDesc結(jié)構(gòu)，也就是一個Object實現(xiàn)的時候的頭部，Object Header可能會引用到，同時JIT也有可能引用到這個屬性。

    WORD m_wNumGCPointerSeries;

 

    DWORD m_cbModuleDynamicID;

    DWORD m_cbNonGCStaticFieldBytes;

    DWORD m_dwNumInstanceFieldBytes;

 

       //這個屬性表面了對于一個Object里面的Fields，是在EEClass里面把每個Field對應的FieldDesc類連接在了一起。

FieldDesc *m_pFieldDescList;

 

    DWORD m_dwAttrClass;

    volatile DWORD m_VMFlags;

    SecurityProperties m_SecProps;

       

       //這里定義了MethodDescChunk，從最上面的圖可以看到，從一個EEClass中是連接到MethodDescThunk鏈表上面的。比較重要的一個結(jié)構(gòu)。

    PTR_MethodDescChunk m_pChunks;

}

       再回頭看一下，MethodTable，m_Vtable（Vtable in MethodTable），MethodDescChunks這個Chain是如何連接起來的就十分清楚了：

 

       最后，看看MethodDescChunk這個描述每一個Method的大塊頭的結(jié)構(gòu)如何，這里，就不在分析一個MethodDescChunk里面究竟是如何實現(xiàn)的了：

      

MethodDescChunk的頭部是上面的藍色的部分。Prestub是中間的斜線的部分，而對每個方法的描述的部分，是上圖的白色的區(qū)域，可以看到，包涵了這個方法的IL代碼，SlotNumber，和一些標識位。每一行，是一個DWORD類型。

注意：m_op中，包涵了對這個方法的調(diào)用，是call JIT來進行實時編譯，還是jump到一個已經(jīng)編譯好了的地方，m_op就是標識這兩種不同的操作類型。而m_target里面，則是和m_op對應的內(nèi)存地址。

 

Ok，寫到這里，結(jié)合第一次講System.Object的那篇文章，我想，對一個Object的認識應該有個大體的比較清晰的架構(gòu)了。

 

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2008-3-14 19:48:01