C# 类继承中的私有字段都去了哪里？

Posted 2022-06-06 dotNET跨平台

最近在看 C++ 类继承中的字段内存布局，我就很好奇 C# 中的继承链那些 private 字段都哪里去了? 在内存中是如何布局的，毕竟在子类中是无法访问的。

一：举例说明

为了方便讲述，先上一个例子：

internal class Program
    
        static void Main(string[] args)
        
            Chinese chinese = new Chinese();

            int num = chinese.b;   //b 字段无法访问，编译报错

            Console.WriteLine(num);
        
    

    public class Person
    
        public int a = 10;
        private int b = 11;
    

    public class Chinese : Person
    
        public int c = 12;
    

根据 C# 的类继承原则，上面的 chinese.b 写法肯定是无法被编译的，因为它属于父类的 私有字段，既然无法被访问，那这个 private b 到底去了哪里呢？要想找到答案，只能先从 chinese 实例处的汇编代码看起，看看有没有什么意外收获。

二：查看 chinese 处汇编代码

在 new chinese() 处下一个断点，查看 Visual Stduio 2022 的反汇编窗口。

接下来我稍微解读下：

1. 根据 MT 类型 实例化 chinese

07FD6176  mov         ecx,87205C4h  
07FD617B  call        CORINFO_HELP_NEWSFAST (06E30C0h)

这里的 87205C4h 就是 Chinese 类型的 MT，然后通过 CLR 下的 CORINFO_HELP_NEWSFAST 处的方法进行实例化。

2. 使用 chinese 的构造函数进行类初始化

07FD6180  mov         dword ptr [ebp-40h],eax  
07FD6183  mov         ecx,dword ptr [ebp-40h]  
07FD6186  call        CLRStub[MethodDescPrestub]@7e34871e07fd5d20 (07FD5D20h)
07FD618B  mov         eax,dword ptr [ebp-40h]

这里的 eax 是 CORINFO_HELP_NEWSFAST 初始化方法的返回值，可以在 ecx,dword ptr [ebp-40h] 处下一个断点，观察它的内存布局。

从布局图看，此时的 chinese 只是一个清零的默认状态，此时的 a,b,c 三个字段还没有被赋值，那什么时候被赋值呢？这就是构造函数要做的事情了，也就是上面的 CLRStub[MethodDescPrestub]@7e34871e07fd5d20 (07FD5D20h) 指令，接下来在 07FD618B 处下一个断点，再次观察 0x02C9F528 处的内存地址，也就是 ebp-40 的位置，接下来我们继续执行，截图如下：

从图中可以看到，当构造函数执行完之后，有三处内存地址(变红）被赋值了，依次是 a,b,c，这时候是不是让人眼前一亮。

3. 洞察真相

原来那个 b=11 并没有丢，而是被 chinese 类给完全继承下来的，而且布局规则是 父类 字段在前， 子类 字段在后的一种方式，有点意思，接下来的问题是如何把它提取出来？

三：如何提取 b 字段

如果是 C 语言，我们用 *(pointer+2) 就可以轻松提取，那用托管的 C# 如何去实现呢? 可以用复杂的 Marshal 包装类，应该也可以变相的使用 Span 去搞定，这里我就不麻烦了，直接用非安全代码下的 指针 去摆平，在 a 字段偏移 +4 的位置上提取， 参考代码如下：

static void Main(string[] args)
        
            unsafe
            
                Chinese chinese = new Chinese();

                fixed (int* ch = &chinese.a)
                
                    int b = *(ch + 1);

                    Console.WriteLine($"b=b");
                
            
        
    

哈哈，是不是挺有意思。