• C# 类继承中的私有字段都去了哪里?
  • 发布于 2个月前
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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。

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