Question

据我了解，泛型是一种优雅的解决方案，可以解决诸如List之类的泛型集合中发生的额外装箱/拆箱过程问题。但是我无法理解泛型如何解决在泛型函数中使用接口的问题。换句话说，如果我想传递实现通用方法接口的值实例，将执行装箱吗？编译器如何处理这种情况？

据我了解，为了使用接口方法，应将值实例装箱，因为调用“虚拟”函数需要引用对象中包含“私有”信息（所有信息都包含在引用对象中（也有一个同步块））

这就是为什么我决定分析一个简单程序的IL代码以查看泛型函数中是否使用了任何装箱操作：

public class main_class
{
    public interface INum<a> { a add(a other); }
    public struct MyInt : INum<MyInt>
    {
        public MyInt(int _my_int) { Num = _my_int; }
        public MyInt add(MyInt other) => new MyInt(Num + other.Num);
        public int Num { get; }
    }

    public static a add<a>(a lhs, a rhs) where a : INum<a> => lhs.add(rhs);

    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(add(new MyInt(1), new MyInt(2)).Num);
    }
}

我认为add(new MyInt(1), new MyInt(2))将使用装箱操作，因为添加通用方法使用了INum<a>接口（否则编译器如何在没有装箱的情况下发出值实例的虚拟方法调用？）。但是我很惊讶。这是IL的一段Main代码：

IL_0000: ldc.i4.1
IL_0001: newobj instance void main_class/MyInt::.ctor(int32)
IL_0006: ldc.i4.2
IL_0007: newobj instance void main_class/MyInt::.ctor(int32)
IL_000c: call !!0 main_class::'add'<valuetype main_class/MyInt>(!!0, !!0)
IL_0011: stloc.0

此类清单没有box指令。似乎newobj不在堆上创建值实例，对于值，它在堆栈上创建它们。这是文档中的描述：

（ECMA-335标准（通用语言基础结构）III.4.21）值类型通常不使用newobj创建。通常将它们分配为参数或局部变量，使用newarr（对于从零开始的一维数组），或者作为对象字段。分配后，将使用initobj对其进行初始化。但是，newobj指令可用于在堆栈上创建值类型的新实例，然后可以将其作为参数传递并存储在当地等等。

因此，我决定检查add函数。这很有趣，因为它也不包含任何包装盒说明：

.method public hidebysig static 
!!a 'add'<(class main_class/INum`1<!!a>) a> (
    !!a lhs,
    !!a rhs
) cil managed 
{
    // Method begins at RVA 0x2050
    // Code size 15 (0xf)
    .maxstack 8

    IL_0000: ldarga.s lhs
    IL_0002: ldarg.1
    IL_0003: constrained. !!a
    IL_0009: callvirt instance !0 class main_class/INum`1<!!a>::'add'(!0)
    IL_000e: ret
} // end of method main_class::'add'

我的假设出了什么问题？泛型可以调用无框的值的虚拟方法吗？

Answer 1

据我所知，泛型是解决诸如List<T>之类的泛型集合中发生的额外装箱/拆箱过程问题的一种优雅解决方案。

消除拳击是仿制药的设计方案，是的。但是正如Damien在评论中指出的那样，更通用的功能是启用更简洁，更类型安全的代码。

如果我想传递一个实现通用方法接口的值实例，会进行装箱吗？

有时候，是的。但是由于装箱昂贵，CLR寻求避免装箱的方法。

我认为add(new MyInt(1), new MyInt(2))将使用装箱操作，因为添加通用方法使用了INum<a>接口

我知道您为什么要进行这种扣除，但这是错误的。您调用的方法主体如何使用信息是无关紧要的。问题是：您正在调用的方法的签名是什么？ C＃类型推断确定您正在调用add<MyInt>，因此签名等同于调用：

public static MyInt add(MyInt lhs, MyInt rhs)

现在，您正确地指出存在约束。 C＃编译器验证是否满足约束。 这不会更改方法的调用约定。该方法需要两个MyInt，并且您已经为其传递了两个MyInt，它们是值类型，因此它们按值进行传递。

似乎newobj不会在堆上创建值实例，对于值，它会在堆栈上创建它们。

请确保清楚：它将在IL程序的抽象评估堆栈上创建它们。抖动是否将代码转换为将值放入当前线程的实际堆栈中的代码，这是抖动的实现细节。例如，它可以选择将它们放入寄存器中，或放入具有堆栈逻辑属性但实际上存储在堆中的数据结构中。

add也不包含框内说明

是的，您只是没有看到它们。它包含一个受约束的callvirt，它是一个条件框。

受约束的callvirt具有以下语义：

在堆栈上必须有对接收者的引用。其中有：ldarga将接收者的地址放在堆栈中。如果接收者是引用类型，则包含引用的变量的地址将在堆栈上。如果是值类型，则保存该值类型的变量的地址将在堆栈上。（同样，这是我们在此处考虑的虚拟机堆栈。）
参数必须在堆栈上。他们是; INum<MyInt>.add的参数是一个MyInt，同样，它通过值传递，并且该值位于ldarg的堆栈中。
如果接收者是引用类型，则我们取消引用刚刚创建的双重引用以获取引用，并且虚拟调用会正常进行。（当然，抖动可以自由地优化这种双重引用！记住，我描述的所有这些语义都是IL程序的虚拟机的，而不是运行它的真实机器的！）
如果接收方是值类型，并且该值类型实现了您正在调用的方法，则通常会调用该值类型的方法：即，不对值进行装箱。 这是您的示例所在的情况，因此我们避免装箱。
如果接收方是未实现您要调用的方法的值类型，则将值类型装箱，然后以对接收方的引用作为参考来调用该方法。 锻炼读者：创建适合这种情况的程序。

我的假设出了什么问题？

您已经假设通过接口对值类型的方法的调用必须使接收方处于框内，但这不是事实。

泛型可以在不装箱的情况下调用值的虚拟方法吗？

是的

接口的泛型和用法，无需装箱值实例

1 个答案: