呼叫和 Callvirt

Question

CIL指令“Call”和“Callvirt”之间有什么区别？

Answer 1

当运行时执行call指令时，它会调用一段确切的代码（方法）。 毫无疑问它存在于何处。 一旦 IL 被 JITted，调用站点生成的机器代码就是无条件 jmp 指令。

相比之下，使用 callvirt 指令以多态方式调用虚拟方法。 必须在每次调用运行时确定方法代码的确切位置。 生成的 JITted 代码涉及通过 vtable 结构进行的一些间接操作。 因此，调用执行速度较慢，但​​更灵活，因为它允许多态调用。

请注意，编译器可以发出虚拟方法的call指令。 例如：

sealed class SealedObject : object
{
   public override bool Equals(object o)
   {
      // ...
   }
}

考虑调用代码：

SealedObject a = // ...
object b = // ...

bool equal = a.Equals(b);

虽然 System.Object.Equals(object) 是一个虚拟方法，但在这种用法中，无法重载 Equals 方法存在。 SealedObject 是一个密封类，不能有子类。

因此，.NET 的密封类比非密封类具有更好的方法分派性能。

编辑：事实证明我错了。 C# 编译器无法无条件跳转到方法的位置，因为对象的引用（方法内 this 的值）可能为 null。 相反，它会发出 callvirt 来执行 null 检查并在需要时抛出异常。

这实际上解释了我在使用 Reflector 的 .NET 框架中发现的一些奇怪的代码：

if (this==null) // ...

编译器有可能生成 this 指针 (local0) 具有空值的可验证代码，只有 csc 不会做这个。

所以我猜 call 仅用于类静态方法和结构。

鉴于此信息，现在在我看来，sealed 仅对 API 安全有用。 我发现另一个问题似乎表明没有性能优势密封你的课程。

编辑2：这比看上去的要复杂得多。 例如，以下代码发出 call 指令：

new SealedObject().Equals("Rubber ducky");

显然，在这种情况下，对象实例不可能为 null。

有趣的是，在 DEBUG 构建中，以下代码会发出 callvirt：

var o = new SealedObject();
o.Equals("Rubber ducky");

这是因为您可以在第二行设置断点并修改 o 的值。 在发布版本中，我认为调用将是 call 而不是 callvirt。

不幸的是，我的电脑目前无法运行，但一旦它再次启动我就会尝试一下。

Answer 2

call 用于调用非虚拟、静态或超类方法，即调用的目标不受覆盖。 callvirt 用于调用虚拟方法（因此，如果 this 是重写该方法的子类，则调用子类版本）。

Answer 3

因此，.NET 的密封类比非密封类具有更好的方法分派性能。

不幸的是，这种情况并非如此。 Callvirt 还做了另一件事使其变得有用。 当一个对象有一个方法被调用时，callvirt 将检查该对象是否存在，如果不存在，则抛出 NullReferenceException。 即使对象引用不存在，调用也会简单地跳转到内存位置，并尝试执行该位置中的字节。

这意味着 callvirt 始终由 C# 编译器（不确定 VB）用于类，而 call 始终用于结构（因为它们永远不能为 null 或子类化）。

编辑 回应 Drew Noakes 评论：是的，您似乎可以让编译器发出对任何类的调用，但仅限于以下非常特定的情况：

public class SampleClass
{
    public override bool Equals(object obj)
    {
        if (obj.ToString().Equals("Rubber Ducky", StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase))
            return true;

        return base.Equals(obj);
    }

    public void SomeOtherMethod()
    {
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        // This will emit a callvirt to System.Object.Equals
        bool test1 = new SampleClass().Equals("Rubber Ducky");

        // This will emit a call to SampleClass.SomeOtherMethod
        new SampleClass().SomeOtherMethod();

        // This will emit a callvirt to System.Object.Equals
        SampleClass temp = new SampleClass();
        bool test2 = temp.Equals("Rubber Ducky");

        // This will emit a callvirt to SampleClass.SomeOtherMethod
        temp.SomeOtherMethod();
    }
}

注意 类无需密封即可发挥作用。

因此，如果所有这些条件都为真，编译器似乎会发出调用：

• 方法调用是在对象创建后立即进行的
• 该方法未在基​​类中实现

Answer 4

根据 MSDN：

调用

： call 指令调用随该指令传递的方法描述符指示的方法。 方法描述符是一个元数据标记，指示要调用的方法...元数据标记携带足够的信息来确定调用是静态方法、实例方法、虚拟方法还是全局函数。 在所有这些情况下，目标地址完全由方法描述符确定（与调用虚拟方法的 Callvirt 指令对比，其中目标地址还取决于之前推送的实例引用的运行时类型）卡尔维特）。

CallVirt：

callvirt 指令调用对象上的后期绑定方法。 也就是说，方法是根据 obj 的运行时类型而不是方法指针中可见的编译时类来选择的。 Callvirt 可用于调用虚拟方法和实例方法。

所以基本上，采用不同的路线来调用对象的实例方法，无论是否覆盖：

调用：变量 -> 变量的类型对象 -> 方法

CallVirt：变量 -> 对象实例-> 对象的类型对象 -> 方法

Answer 5

也许值得在前面的答案中添加一件事是，
“IL call”的实际执行方式似乎只有一个方面，
以及“IL callvirt”如何执行的两个方面。

采取这个示例设置。

    public class Test {
        public int Val;
        public Test(int val)
            { Val = val; }
        public string FInst () // note: this==null throws before this point
            { return this == null ? "NO VALUE" : "ACTUAL VALUE " + Val; }
        public virtual string FVirt ()
            { return "ALWAYS AN ACTUAL VALUE " + Val; }
    }
    public static class TestExt {
        public static string FExt (this Test pObj) // note: pObj==null passes
            { return pObj == null ? "NO VALUE" : "VALUE " + pObj.Val; }
    }

首先，FInst() 和 FExt() 的 CIL 主体是 100% 相同的，操作码到操作码
（除了一个被声明为“实例”而另一个被声明为“静态”）
-- 但是，FInst() 将通过“callvirt”调用，FExt() 将通过“call”调用。

其次，FInst() 和 FVirt() 都将通过“callvirt”调用
——即使一个是虚拟的，而另一个不是——
但真正执行的并不是“相同的 callvirt”。

以下是 JITting 后大致发生的情况：

    pObj.FExt(); // IL:call
    mov         rcx, <pObj>
    call        (direct-ptr-to) <TestExt.FExt>

    pObj.FInst(); // IL:callvirt[instance]
    mov         rax, <pObj>
    cmp         byte ptr [rax],0
    mov         rcx, <pObj>
    call        (direct-ptr-to) <Test.FInst>

    pObj.FVirt(); // IL:callvirt[virtual]
    mov         rax, <pObj>
    mov         rax, qword ptr [rax]  
    mov         rax, qword ptr [rax + NNN]  
    mov         rcx, <pObj>
    call        qword ptr [rax + MMM]  

“call”和“callvirt[instance]”之间的唯一区别是“callvirt[instance]”在调用实例函数的直接指针之前有意尝试从 *pObj 访问一个字节（在为了可能“就在那里然后”抛出异常）。

因此，如果您对必须编写的“检查部分”的次数感到恼火，则

var d = GetDForABC (a, b, c);
var e = d != null ? d.GetE() : ClassD.SOME_DEFAULT_E;

无法推送“if (this==null) return SOME_DEFAULT_E;” 深入到 ClassD.GetE() 本身
（因为“IL callvirt[instance]”语义禁止您这样做）
但是如果您将 .GetE() 移动到某个扩展函数（因为“IL 调用”语义允许它 - 但可惜，失去了对私有成员的访问权限等），您可以自由地将其推入 .GetE()

中，“callvirt[instance]”的执行有更多共同点
使用“call”比使用“callvirt[virtual]”，因为后者可能必须执行三重间接寻址才能找到函数的地址。
（间接到 typedef base，然后到 base-vtab-or-some-interface，然后到实际插槽）

希望这有帮助，
鲍里斯

Answer 6

只需添加上述答案，我认为很久以前就已经进行了更改，这样将为所有实例方法生成 Callvirt IL 指令，并为静态方法生成 Call IL 指令。

参考：

Pluralsight 课程“C# 语言内部 - 第 1 部分，作者：Bart De Smet（视频 - CLR IL 中的调用指令和调用堆栈简而言之）

以及
https://blogs .msdn.microsoft.com/ericgu/2008/07/02/why-does-c-always-use-callvirt/