Question

我遇到了castclass定义的Standard ECMA - 335, III.4.3操作码。我编写了几个使用callvirt操作码（带强制转换和不带强制转换）的示例。事实证明，castclass操作码对性能有很大影响。

为了进行测试，我使用了下面的“粗糙的”（就方法执行的不精确时间而言）程序（由Release mode在msvc 2015中编译）：

public class Program
{
    public interface IShow {  string show(); }
    public class ObjectWithShow : IShow 
    { 
        public string show() => "Hello, that's the show method."; 
    }
    // Such functions remains unchanged
    public static string showWithCast(object o) => ((IShow)o).show();
    public static string show(IShow o) => o.show();
    // Such function will be patched later
    public static string showWithoutCast(object o) => ((IShow)o).show();

    public static void Main()
    {
        int N = 10000000;
        var show_object = new ObjectWithShow();
        {

           var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < N; ++i)
            {
                showWithCast(show_object);
            }
            watch.Stop();
            Console.WriteLine($"With cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
        }
        {

            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < N; ++i)
            {
                showWithoutCast(show_object);
            }
            watch.Stop();
            Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
        }
        {

            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < N; ++i)
            {
                show(show_object);
            }
            watch.Stop();
            Console.WriteLine($"Without cast {watch.ElapsedMilliseconds}");
        }
    }
}

以下是IL个功能的show/showWitCast个代码：

.method public hidebysig static string show (class IShow o) cil managed 
{
    .maxstack 8
    IL_0000: ldarg.0
    IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
    IL_0006: ret
} // end of method Program::show


.method public hidebysig static string showWithCast (object o) cil managed 
{
    .maxstack 8
    IL_0000: ldarg.0
    IL_0001: castclass IShow
    IL_0006: callvirt instance string IShow::show()
    IL_000b: ret
} // end of method Program::showWithCast

这里是showWithoutCast的代码（注意：我通过在castclass IShow编辑器中删除IL对其进行了修补。原始版本与showWithCast相同）

.method public hidebysig static string showWithoutCast (object o) cil managed 
{

    .maxstack 8

    IL_0000: ldarg.0
    IL_0001: callvirt instance string IShow::show()
    IL_0006: ret
} // end of method Program::showWithoutCast

执行结果（i7-3370 CPU @ 3.40GHz，8GB RAM）显示以下结果：

演员表46

无演员表24

无演员表23

事实证明，没有callvirt的对象上的castclass与我们使用接口实例所显示的结果几乎相同。那么，castclass的目的是什么？我猜想c# compiler会发出这样的代码来确保callvirt操作码不会用于错误的类型（因为它无法在编译时执行此类检查）。因此，接下来的问题-它是否是一致的CIL代码，我故意在某些地方删除了castclass的使用，在哪里我保证该方法仅用于实现IShow的类型？

P.S。当然，您可以问，也许应该使用show方法？但是在某些情况下，无法使用该功能。简而言之，我动态生成代码，并且想要实现通用容器（它继承了IShow），但是其通用参数可以选择实现接口IShow。如果通用参数未实现接口（例如，它是int），那么我保证将不使用容器的方法show。

Answer 1

所有callvirt instance string IShow::show指令都调用相同的存根，该存根跳转到与接口方法关联的lookup stub。查找桩将根据接收调用的对象的类型来解析要调用的方法。在这种情况下，该对象确实实现了IShow，因此一切正常。但是，如果传递的对象未实现IShow，则查找存根将在对象的方法表中找不到IShow::show，因此将引发类型为EntryPointNotFoundException的异常。

IL虚拟机的评估堆栈在执行object指令时包含类型callvirt的对象。目标方法是IShow::show()。根据CLI规范第III.4.2节，object类型必须是IShow的验证者可分配的，才能验证IL代码。 castclass使代码可验证。在这种情况下，由于代码是完全可信的，因此自动跳过验证，因此不会引发验证异常，并且方法将编译并执行JIT。

从技术上讲，在这种情况下，showWithoutCast不包含任何IL指令，这些指令应导致按照规范引发类型为EntryPointNotFoundException的异常。但是，由于该代码不可验证，因此该标准的第II.3节指出，如果验证失败，则行为为未指定。即，不需要实现来记录发生哪种行为。另一方面，可验证代码的行为是指定的，并且castclass使验证成功。

请注意，当您在计算机上本地构建IL代码并运行它时，它将自动被视为完全信任。因此，JIT编译器将不会验证任何方法。

CLR中的castclass操作码的目的是什么？

1 个答案: