NET CLR via C#(第4版)第4章 类型基础
本章内容:
1 所有类型都从System.Object派生
2 类型转换
3 命名空间和程序集
4 运行时的相互关系
本章讲述使用类型和CLR时需掌握的基础知识。具体地说,要讨论所有类型都具有的一组基本行为。
讨论类型安全性、命名空间、程序集、以及如何将对象从一种类型转换成另一种类型。
本章最后会解释类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系。
4.1 所有类型都从System.Object派生
CLR要求每个类型最终都从System.Object类型派生。从而确保类每个对象都具备一组最基本的方法。
[公开方法]
Equals
GetHashCode
ToString
GetType
[受保护方法]
MemberwiseClone
Finalize
CLR要求所有对象都用new操作符创建。
以下new操作符所做的事情:
1 计算类型及其所有基类型(一直到System.Object,虽然它没有定义自己的实例字段)中定义的所有实例字段需要的字节数。堆上每个对象都需要一些额外的成员,包括“类型对象指针”和“同步块索引”。CLR利用这些成员管理对象。额外成员的字节数要计入对象大小。
2 从托管堆中分配类型要求的字节数,从而分配对象的内存,分配的所有字节都设为0。
3 初始化对象的“类型对象指针”和“同步块索引”成员。
4 调用类型的实例构造器,传递在new调用中指定的实参。大多数编译器都在构造器中自动生成代码来调用基类构造器。每个类型的构造器都负责初始化该类型定义的实例字段。最终调用System.Object的构造器,该构造器什么都不做,简单地返回。
new执行了所有这些操作之后,返回指向新建对象的一个引用(或指针)。
并且没有和new操作符对应的delete操作符;换言之,没有办法显式释放为对象分配的内存。CLR采用了垃圾回收机制,自动检测一个对象不再被使用或是访问,并自动释放该对象的内存。
4.2 类型转换
CLR最重要的特性之一就是类型安全。在运行时,CLR总是知道对象的类型是什么。调用GetType方法即可。
CLR允许将对象转换为它的(实际)类型或者它的任何基类型。
C#不要求任何特殊语法即可讲对象转换为它的任何基类型,因为向基类型的转换被认为是一种安全的隐式转换;然而,将对象转换为它的某个派生类型时,C#要求开发人员只能进行显式转换,因为这种转换可能在运行时失败。
使用C#的is和as操作符来转型
is检查对象是否兼容于指定类型,返回Boolean值,is操作符永远不抛出异常;
CLR的类型检查增强了安全性,但无疑会对性能造成一定影响。这是因为CLR首先必须判断变量引用的对象的实际类型,然后,CLR必须遍历继承层次结构,用每个基类型去核对指定的类型。
由于这是一个相当常用的编程模式,所以C#专门提供了as操作符,目的是简化这种代码的写法,同时提升性能。CLR核实一个对象是否兼容与一种类型,如果是,as返回同一个对象的非null引用,如果不兼容,as返回null。注意:as操作符只校验一次对象类型。
C#允许类型定义转换操作符方法,详情参见8.5节 “转换操作符方法”。
4.3 命名空间和程序集
命名空间 对相关的类型进行逻辑分组,开发人员可以通过命名空间方便定位类型。
对于编译器,命名空间的作用就是为类型名称附件以句号分割的符号,使名称变得更长,更可能具有唯一性。
CLR对“命名空间”一无所知。
C# using指令的另一种形式允许为类型或命名空间创建别名。
命名空间和程序集的关系
注意,命名空间和程序集(实现类型的文件)不一定相关。特别是,同一个名空间中的类型可能在不同程序集中实现,同一个程序集也可能包含不同命名空间中的类型。
在文档中查找类型时,文档会明确指出类型所属的命名空间,以及实现了该类型的程序集。
4.4 运行时的相互关系
本节将解释类型、对象、线程栈和托管堆在运行时的相互关系。
此外,还将解释调用静态方法、实例方法和虚方法的区别。
“序幕”(prologue)代码:在方法开始做工作前对其进行初始化;
“尾声”(epilogue)代码:在方法做完工作后对其进行清理,以便返回至调用者。
堆上所有对象都包含两个额外成员:类型对象指针 和 同步块索引。
对象含有一个指针指向对象的类型对象(类型对象中包含静态字段表和方法表)。
CLR创建类型对象时,必须初始化这些成员。CLR开始在一个进程中运行时,会立即为MSCorLib.dll中定义的System.Type类型创建一个特殊的类型对象。Employee和Manager类型对象都是该类型的“实例”。因此,它们的类型对象指针成员会初始化成对System.Type类型对象的引用。当然,System.Type类型对象本身也是对象,内部也有“类型对象指针”成员。这个指针指向它本身,因为System.Type类型对象本身是一个类型对象的“实例”。这就是CLR的整个类型系统及其工作方式。也就是说,GetType方法返回指向对象的类型对象的指针,这样就可以判断系统中的任何对象的真实类型了。
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