静态方法、实例方法和虚方法的区别

基础知识

对于面向对象的语言来说，所有类型都是从System.Object类型派生，正是由于这个原因，保证了每个类型都有一组最基本的方法，也就是从他们的父类System.Object继承来的方法，Object的定义如下面的代码所示，System.Object所定义的基本方法中基本包含了CLR所有的方法类型，静态方法（Static修饰，属于类成员）、虚方法（Virtural修饰，属于实例成员）、实例方法（普通的方法，属于实例成员）。可能会有人说还有抽象方法，其实抽象方法最后的编译也是一个虚方法。

CLR的最重要的特性之一就是类型安全性，在运行时，CLR总是知道一个对象是什么类型，我们看到Object中有一个GetType方法，这个方法总是能知道一个对象的确切类型，由于GetType是一个非虚实例方法，从而保证了派生类型不能重写它，所以一个类型不可能伪装成另一个类型，其实如果我们要有意的隐藏也是可以做到的（我们可以使用New关键字覆盖GetType方法），不过一般我们不推荐这样做。

那么GetType方法是如何返回一个对象的真实类型的呢？这就要引入一个新的概念，也是是“类型对象”，当我们使用New关键字在托管堆上创建一个对象的时候，大致做了一下几件事情：

 class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            Person p = new Person("Aseven");
          
            Console.ReadKey();

        }
    }
    public class Person
    {
        private string _name;
        private int _age;

        public string Name 
        {
            get { return _name; }
            set { _name = value; }
        }
        public virtual void Say()
        {
            Console.WriteLine("******");
        }
        public static Person Find(string name)
        {
            return new Person(name);//模拟数据库查找
        }
        public int GetAge()
        {
            return _age;
        }
        public Person() { }
        public Person(string name)
        {
            this._name = name;
        }
    }

 

1、计算类型和所有基类型（直到System.Object，虽然它没有定义实例字段）的所有实例字段（注意：没有静态字段和方法）所需要的字节数，堆上的每个对象都需要一些额外的成员---即类型对象指针和同步索引块，这些成员由CLR用于管理对象，也会计入对象大小。

2、从托管堆上分配对象的内存，并把字段初始化为零（0）。

3、初始化对象的“类型对象指针”和“同步索引块”。

4、执行实例构造函数，并向其传入在对new的调用中指定的实参（上例中的“Aseven”），大多数编译器会自动生成代码来调用基类的构造器，最终调用的而是System.Object的构造器。

在New执行了之后，会返回对堆中对象的一个引用（或指针），对上例来说，这个引用（地址）保存在变量e中，创建完这个Person对象之后，内存结构大致如下，可以看到类型对象指针指向的就是person的类型对象。

总结：一个实例对象创建之后，变量e保存了托管堆中的person对象的一个引用（指针）。而person对象指示保存了对象的一个实例字段（包括类型对象指针和同步索引块），至于静态字段、方法列表都保存在person的类型对象中，特别注意的是方法的列表，这个列表包含了静态方法、实例方法、虚方法，下面我们就来介绍对于这三种方法是如何调用的。

方法的调用

1、静态方法：当调用一个静态方法时，CLR会定位与定义静态方法对应的类型对应的类型对象（有点绕）。然后在类型对象的方法列表中查找对应的记录项，进行JIT编译（如果需要），然后调用。

2、实例方法：当调用一个非虚实例方法时，JIT编译器会找到发出调用的那个变量（p）对应的类型对应的类型对象，如果类型对象的方法列表中没有包含那个被调用的方法，JIT编译器会回溯类层次结构（一直回溯到Object），并在沿途的每个类型的方法集合中查找此方法，之所以能这样回溯，是因为每个类型对象都有一个字段引用了他的积累性，这个信息在途中没有显示。

3、虚方法：当调用一个虚方法时，会生成一些额外的代码，方法每次调用时，都会执行这些代码，这些代码首先检查发出调用的变量，然后会跟随地址（也就是我们说的p中保存的对象的指针）来到发出调用的对象，然后代码检查对象的内部的“类型对象指针”成员，这个成员指向对象的类型对象，然后代码在类型对象的方法集合中查找该方法，进行JIT编译（如果需要的话），在调用JIT编译的代码。如果没有则也会向上回溯查找基类中定义的方法。

下面用示例进行介绍：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            Person p = new Person("test1");
            p = Person.Find("Aseven");
            int Age = p.GetAge();
            p.Say();
            Console.ReadKey();

        }
    }
    public class Person
    {
        private string _name;
        private int _age;

        public string Name 
        {
            get { return _name; }
            set { _name = value; }
        }
        public virtual void Say()
        {
            Console.WriteLine("******");
        }
        public static Person Find(string name)
        {
            return new Chinese(name);//模拟数据库查找
        }
        public int GetAge()
        {
            return _age;
        }
        public Person() { }
        public Person(string name)
        {
            this._name = name;
        }
    }

    public class Chinese : Person
    {
        public Chinese(string name)
        {
            this.Name = name;
        }
        public override void Say()
        {
            Console.WriteLine("你好！");
        }
    }
    public class American : Person
    {
        public American(string name)
        {
            this.Name = name;
        }
        public override void Say()
        {
            Console.WriteLine("Hello！");
        }
    }

1、首先我们定义Person对象，Person p=new Person（）；这句代码执行之后和上面的内存分配基本类似。

2、我们调用Person的静态方法，p=Person.Find("Aseven");根据上面的定义，调用一个静态方法时会直接查找类型对象的方法列表，直接调用，调用之后我们看到Find方法中直接返回了一个Chinese对象，这会在托管堆中创建一个chinese对象，并且把地址存储在变量P中，这时P中保存的不在是Person对象的地址，而是Chinese对象的地址（当然也可能会是一个American对象，如果Find返回返回的是一个American对象）。

3、然后我们调用p.GetAge()的一个非虚实例方法，当CLR调用一个非虚的实例方法时，会根据发出调用者（P）的类型（Person）的类型对象（Person类型对象）去查找GetAge方法，如果找不到则回溯基类查找。这里由于Person的类型对象的方法集合中有这个方法，所以直接调用。将返回的结果（这里是0）存储到线程栈的一个Age的变量中。

4、调用P.Say（）方法，Say方法是一个虚方法，CLR会根据发出调用者（P）的地址（这里是指向Chinese对象的一个指针）找到托管堆中真实的对象（chinese对象），然后根据托管堆中的对象去找到真实的类型对象（这里是Chinese类型对象），并且遍历方法集合查找Say方法，（如遇Chinese类重写了Say方法，所以Chinese类型对象的方法集合中有这个方法）进行调用。

这是内存的分配大致如下：由于person对象已经没有其它对象引用了，那么它将是下次垃圾回收的重点对象。

测试Demo

public class A

    {

        public void MethodF() 

        { 

            Console.WriteLine("A.F"); 

        }

        public virtual void MethodG() 

        { 

            Console.WriteLine("A.G"); 

        }

    }

    public class B : A

    {

        new public void MethodF() 

        { 

            Console.WriteLine("B.F"); 

        }

        public override void MethodG() 

        { 

            Console.WriteLine("B.G"); 

        }

    }

    class Test

    {

        static void Main()

        {

            B b;

            b = new B();

            A a = b;

            a.MethodF();

            b.MethodF();

            a.MethodG();

            b.MethodG();

        }

输出结果：A.F、B.F、B.G、B.G

1、首先MethodF是一个非虚实例方法，这时候我们用a.MethodF();由于a是A类型的实例，所以输出的是A.F。

2、接着调用b.MethodF(),因为b是一个B类型的实例，且B重写了A的MethodF方法，那么在B类型对象的类型对象的方法表中就已经有了MethodF方法，会直接调用，所以输出的是B.F

3、由于MethodG是一个虚方法，我们用a.MethodG调用的时候，首先会根据a中保存的地址（指针）找到托管堆中的具体对象，然后根据具体对象找到真实的类型对象，这里a中保存的是一个b的实例，所以对象的类型对象也就是B的类型对象的类型对象，

     调用的时候则会直接查找B类型对象的类型对象中的方法集合，查找MethodG方法并调用，所以输出的是B.G

4、对于b.MehtodG,首先会根据b中保存的地址（指针）找到托管堆中的具体对象，然后根据具体对象找到真实的类型对象，这里b中保存的是一个b的实例，所以对象的类型对象也就是B的类型对象的类型对象，调用的时候则会直接查找B类型对象的类型对象        中的方法集合，查找MethodG方法并调用，所以输出的是B.G

 

总结

1、方法的调用都是通过查找类型对象中的方法集合来实现的。

2、静态方法直接查找类型对象中方法集合进行调用。

3、非虚实例方法是根据发出调用者（对于上面的Demo，线程栈中的变量a、b是发出调用者）的类型去查找对应的类型对象，然后查找该类型对象的方法集合进行调用，没有找到则回溯基类进行查找。

4、虚方法是根据发出调用者（对于上面的Demo，线程栈中的变量a、b是发出调用者）的地址找到托管堆中的具体对象，然后根据对象去查找真实的类型对象，再根据类型对象去查找方法集合进行的。