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前言

C#类型的成员变量如果没有在定义的时候赋初值都会被默认初始化，初始化的具体指可以参考Default values(c#)，那么当我一定一个成员变量的时候直接赋值给值这个变量的话，编译器是怎样处理这个初值的呢？下面我们通过一个简单的例子来说明。

代码

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using System;

public class TestMemberVariable
{
    public Int32 Id;
    public String Name;
    public Int32 Id2 = 1001;
    public String Name2 = "Microsoft";

    //ctor_1
    public TestMemberVariable()
    {
    }

    //ctor_2
    public TestMemberVariable(Int32 Id, String Name)
    {
        this.Id = Id;
        this.Name = Name;
    }
    //ctor_3
    public TestMemberVariable(Int32 Id, String Name, Int32 Id2, String Name2) : this(Id, Name)
    {
        this.Id2 = Id2;
        this.Name2 = Name2;
    }

    //ctor_4
    public TestMemberVariable(Int32 Id, String Name, Int32 Id2, String Name2)
    {
        this.Id2 = Id2;
        this.Name2 = Name2;
    }

    public override string ToString()
    {
        return String.Format("Id: {0}, Name: {1} - Id2: {2}, Name2: {3}", Id, Name, Id2, Name2);
    }

    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine(new TestMemberVariable().ToString());

        Console.WriteLine(new TestMemberVariable(1, "Apple").ToString());
    }
}

上面的代码运行起来输出的结果为: Id: 0, Name: - Id2: 1001, Name2: Microsoft Id: 1, Name: Apple - Id2: 1001, Name2: Microsoft

这里可以看到不管我是调用ctor_1还是调用ctor_2创建的对象，成员变量Id2和Name2都会有定义的初值。那么初值是在什么时候赋给变量的呢？下面我们用ildasm来反编译一下TestMemberVariable.exe，看能不能通过IL，ctor_1和ctor_2的IL代码如下:

ctor_1构造

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.method public hidebysig specialname rtspecialname 
    instance void  .ctor() cil managed
{
	// Code size       31 (0x1f)
	.maxstack  8
	IL_0000:  ldarg.0
	IL_0001:  ldc.i4     0x3e9
	IL_0006:  stfld      int32 TestMemberVariable::Id2 //这里把初值1001赋值给了Id2
	IL_000b:  ldarg.0
	IL_000c:  ldstr      "Microsoft"
	IL_0011:  stfld      string TestMemberVariable::Name2 //这里把初值"Microsoft"赋值给了Name
	IL_0016:  ldarg.0
	IL_0017:  call       instance void [mscorlib]System.Object::.ctor() //这里是ctor_1构造
	IL_001c:  nop
	IL_001d:  nop
	IL_001e:  ret
} // end of method TestMemberVariable::.ctor

ctor_2构造

.method public hidebysig specialname rtspecialname 
        instance void  .ctor(int32 Id,
                             string Name) cil managed
{
  // Code size       45 (0x2d)
  .maxstack  8
  IL_0000:  ldarg.0
  IL_0001:  ldc.i4     0x3e9
  IL_0006:  stfld      int32 TestMemberVariable::Id2//这里把初值1001赋值给了Id2
  IL_000b:  ldarg.0
  IL_000c:  ldstr      "Microsoft"
  IL_0011:  stfld      string TestMemberVariable::Name2//这里把初值"Microsoft"赋值给了Name
  IL_0016:  ldarg.0
  IL_0017:  call       instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()//这里是ctor_2构造
  IL_001c:  nop
  IL_001d:  nop
  IL_001e:  ldarg.0
  IL_001f:  ldarg.1
  IL_0020:  stfld      int32 TestMemberVariable::Id
  IL_0025:  ldarg.0
  IL_0026:  ldarg.2
  IL_0027:  stfld      string TestMemberVariable::Name
  IL_002c:  ret
} // end of method TestMemberVariable::.ctor

上面的ctor_1和ctor_2的IL代码我们可以看到，在CLR把c#编译成IL代码之后会在构造函数之前插入Id2和Name2的初始化代码，这样就保证了在构造函数里面或者创建对象之后都可以访问到赋值好的Id2和Name2变量。

其他

看TestMemberVariable.exe反编译之后的IL代码我们可以看到，每个构造函数之前都会被CLR编译器插入已经赋值的成员变量的初始化的代码，那么怎样可以做到复用这一块代码呢？方法就是像ctor_3这样定义构造函数，通过this(Id, Name)可调用到自身的ctor_2构造函数，这样ctor_3在编译之后就不会生成初始化Id2和Name2的IL代码了。

ctor_3构造

.method public hidebysig specialname rtspecialname 
        instance void  .ctor(int32 Id,
                             string Name,
                             int32 Id2,
                             string Name2) cil managed
{
  // Code size       26 (0x1a)
  .maxstack  8
  IL_0000:  ldarg.0
  IL_0001:  ldarg.1
  IL_0002:  ldarg.2
  IL_0003:  call       instance void TestMemberVariable::.ctor(int32,
                                                               string)
  IL_0008:  nop
  IL_0009:  nop
  IL_000a:  ldarg.0
  IL_000b:  ldarg.3
  IL_000c:  stfld      int32 TestMemberVariable::Id2
  IL_0011:  ldarg.0
  IL_0012:  ldarg.s    Name2
  IL_0014:  stfld      string TestMemberVariable::Name2
  IL_0019:  ret
} // end of method TestMemberVariable::.ctor
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基本含义

关于c#的const, static, readyonly关键字修饰成员变量时的区别,下面通过一个简单的例子来说明:

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//SomeType.cs

using System;

public sealed class SomeType
{
    public Int32 Id = 1;

    public const Int32 constId = 100; //IL  .field public static literal int32 constId = int32(0x00000032)
    
    public static Int32 staticId = 1000; //IL .field public static int32 staticId

    public readonly Int32 readonlyId = 2000; //IL .field public initonly int32 readonlyId

    public readonly Int32[] readonlyArrayId = new Int32[]{1, 2, 3};//readonlyArrayId本身不能再次write, 但是指向的对象可以改变

    public static readonly Int32 staticReadOnlyId = 5000; //IL .field public static initonly int32 staticReadOnlyId

    public SomeType()
    {
        readonlyId = 20001;
    }
}


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//TestSomeType.cs

using System;

public class TestConst 
{
    public static void Main(String[] args)
    {
        SomeType someType = new SomeType();

        //test1
        int result = someType.Id + SomeType.constId + SomeType.staticId + someType.readonlyId + SomeType.staticReadOnlyId;

        //test2
        someType.readonlyArrayId[1] = 4;

        Console.WriteLine(someType.readonlyArrayId[1]);//output 4

        //test3
        Console.WriteLine("constId: " + SomeType.constId);//

        Console.WriteLine("staticId: " + SomeType.staticId);
    }
}

一. 结论

  1. readonly

　　(1) 修饰成员变量的时候,该变量只能通过变量定义时或者早构造方法里面赋值。

　　(2) 修饰的成员变量是实例字段，内存是在构造函数类型的实例时分配的。

　　(3) 修饰的成员变量是引用类型的时候，不可改变的是引用，引用指向的对象是可以改变的。

  1. static

　　(1) 修饰的成员变量是类型资源，内存是在类型对象中分配的，和具体的实例无关。

  1. const

　　(1) 编译成IL代码后由static literal 修饰，由此可见const修饰的变量最终表示成static类型同时被literal修饰( literal修饰的变量必须在变量声明的时候赋值，编译器编译成IL代码时会直接把这个变量的值插入到引用这个变量的位置替代之前的变量，从而程序在运行时不需要再为此变量分配内存)。

const与static的区别

  1. 编译SomeType.cs 和 TestSomeType.cs

//生成SomeType.netmodule csc /t:module SomeType.cs

//生成TestSomeType.exe csc TestSomeType.cs /addmodule:SomeType.netmodule 运行TestSomeType.exe 可以看到test3中的输出为:

constId: 100 staticId: 1000 现在改变SomeType.cs类型的constId和staticId的值分别为50, 500,然后重新生成SomeType.netmodule

接着再次运行TestSomeType.exe可以看到test3中输出为:

constId: 100 staticId: 500 结果发现只有staticId的值引用的新值。再来看看TestSomeType.cs类的Main函数的IL代码:

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.class public auto ansi beforefieldinit TestConst
    extends [mscorlib]System.Object
{
    // Methods
    .method public hidebysig static 
        void Main (
            string[] args
        ) cil managed 
    {
       ...

        IL_0000: nop
        IL_0001: newobj instance void SomeType::.ctor()
        IL_0006: stloc.0
        IL_0007: ldloc.0
        IL_0008: ldfld int32 SomeType::Id
        IL_000d: ldc.i4.s 100 //（1）
        IL_000f: add
        IL_0010: ldsfld int32 SomeType::staticId //（2）
     	 
     	 ...
     	 
        IL_003b: ldstr "constId: "
        IL_0040: ldc.i4.s 100 //（3）
        
        ...
        
        IL_0052: ldstr "staticId: "
        IL_0057: ldsfld int32 SomeType::staticId //（4）
        IL_005c: box [mscorlib]System.Int32
        IL_0061: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object)
        IL_0066: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
        IL_006b: nop
        IL_006c: ret
    } // end of method TestConst::Main

    ...

} // end of class TestConst

可以看到上图的四个标记。标记（1）和（3）是constId编译成IL代码的表示，标记（2）和（4）是staticId编译成IL代码的表示。

对于constId 我们可以发现constId其实已经替换成其对应的值了,所以改变SomeType.cs的constId重新编译影响不到已经编译好的TestSomeType程序集。

对于staticId变量标明的是所在模块的信息，当程序运行起来时CLR会加载其对应的netmodule来获取staticId的值。所以改变SomaeType.cs的staticId的值并重新编译，在TestSomeType程序集中即可获取最新的值。

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总结一个下c++虚函数的内存结构问题

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class A{
public:
    A(){print1();} //在构造函数里面调用virtual函数的做法本身不对，这里只为测试

    virtual void print1(){
        std::cout << "A print1" << std::endl;
    }
};

class B : public A{
public:
    virtual void print1(){
        std::cout << "B print1" << std::endl;
    }
};

class C{
public:
    char ch;
    virtual void print2(){
        std::cout <<"C print2"<<std::endl;
    }
};

class D : public A, public C
{
public:
    int cd;
    virtual void print1(){
        std::cout << "D print1" << std::endl;
    }

    virtual void print2(){
        std::cout << "D print2" << std::endl;
    }
};


int main()
{
    //Q1
    B b; // 输出 A print1

    //Q2
    std::cout << sizeof(D) <<std::endl; //16
    return 0;
}

//A1: 输出A print1的原因是在class A的构造方法里面，对象b的构造方法内部还没有执行， 所以对象b还没有初始化也就没有虚函数表，在A的构造方法里面this指针就是A类型的， 所以是调用A的print1

//A2

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//A的内存布局为
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__vfptr = 0x00c0ae48 const A::`vftable'{for `A'}

----------

//C的内存布局
----------
__vfptr = 0x00c0abd8 const C::`vftable'{for `C'}
ch = 0xcccccccc
----------

//D的内存布局
---------
A = {__vfptr = 0x00c0ae48 const D::`vftable'{for `A'} }
B = {__vfptr = 0x00c0abd8 const D::`vftable'{for `C'}
     ch = 0xcccccccc
    }
cd = 0xcccccccc
---------

所以 sizeof(D) = 4 + 8 + 4 （C的大小为8是因为内存还要对其）

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