为什么 CLR 不总是调用值类型构造函数

Question

我有一个关于值类型中的类型构造函数的问题。这个问题的灵感来自 Jeffrey Richter 通过 C# 第三版在 CLR 中写的内容，他说（第 195 页 - 第 8 章）您永远不应该在值类型中实际定义类型构造函数，因为有时 CLR 不会调用它。

因此，举例来说（实际上是 Jeffrey Richters 的例子），即使查看 IL，我也无法弄清楚为什么在以下代码中没有调用类型构造函数：

internal struct SomeValType
{
    static SomeValType()
    {
        Console.WriteLine("This never gets displayed");
    }
    public Int32 _x;
}
public sealed class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SomeValType[] a = new SomeValType[10];
        a[0]._x = 123;
        Console.WriteLine(a[0]._x);     //Displays 123
    }
}

因此，对类型应用以下规则我只是不明白为什么上面的值类型构造函数根本没有被调用。

1. 我可以定义一个静态值类型构造函数来设置类型的初始状态。
2. 一种类型只能有一个构造函数 - 没有默认构造函数。
3. 类型构造函数是隐式私有的
4. JIT 编译器检查该类型的类型构造函数是否已在此 AppDomain 中执行。如果不是，它会将调用发出到本机代码，否则它不会发出调用，因为它知道类型已经“初始化”。

所以...我只是不明白为什么我看不到正在构造的这种类型数组。

我最好的猜测是它可能是：

1. CLR 构造类型数组的方式。我本以为创建第一个项目时会调用静态构造函数。
2. 构造函数中的代码没有初始化任何静态字段，因此它被忽略。我尝试过在构造函数中初始化私有静态字段，但该字段仍保留默认 0 值 - 因此不会调用构造函数。
3. 或者...由于设置了公共 Int32，编译器以某种方式优化了构造函数调用 - 但这充其量只是一个模糊的猜测！

抛开最佳实践等不谈，我只是对它非常感兴趣，因为我希望能够亲眼看看为什么它没有被调用。

编辑：我在下面添加了我自己问题的答案，只是引用杰弗里·里克特对此的看法。

如果有人有任何想法那就太棒了。 非常感谢， 詹姆斯

Answer 1

Microsoft C#4 规范< /a> 与以前的版本相比略有变化，现在更准确地反映了我们在这里看到的行为：

11.3.10 静态构造函数

结构的静态构造函数如下
大部分规则与班级相同。
静态构造函数的执行
对于结构类型是由触发的
以下事件中最先发生的
在应用程序域内：

• 引用了结构类型的静态成员。
• 调用该结构类型的显式声明构造函数。

创建默认值
结构类型的 (§11.3.4) 不
触发静态构造函数。 （一个
这个例子是初始值
数组中的元素。）

ECMA 规范 和 < a href="http://download.microsoft.com/download/3/8/8/388e7205-bc10-4226-b2a8-75351c669b09/CSharp%20Language%20Specification.doc" rel="noreferrer">Microsoft C#3 Spec 在该列表中都有一个额外的事件：“引用了结构类型的实例成员”。 所以看起来 C#3 在这里违反了它自己的规范。 C#4 规范已与 C#3 和 4 的实际行为更加一致。

编辑...

经过进一步调查，似乎几乎所有实例成员访问除了直接字段访问将触发静态构造函数（至少在当前的 Microsoft C#3 和 4 实现中）。

因此，当前的实现与 ECMA 和 C#3 规范中给出的规则的相关性比 C#4 规范中的规则更紧密：在访问除 C#3 之外的所有实例成员时，C#3 规则都能正确实现领域； C#4 规则仅针对字段访问正确实现。

（当涉及到与静态成员访问和显式声明的构造函数相关的规则时，不同的规范都是一致的，而且显然是正确实现的。）

Answer 2

来自标准的 §18.3.10（另请参阅C# 编程语言 书）：

结构的静态构造函数的执行由应用程序域中发生的以下第一个事件触发：

• 该结构的实例成员是
  参考。
• 静态成员
  该结构已被引用。
• 显式声明的构造函数
  结构体被调用。

[注意：创作
结构体的默认值 (§18.3.4)
类型不会触发静态
构造函数。 （这方面的一个例子是
an 中元素的初始值
数组。）尾注]

所以我同意你的观点，程序的最后两行应该分别触发第一条规则。

经过测试，共识似乎是它始终触发方法、属性、事件和索引器。这意味着它对于除字段之外的所有显式实例成员都是正确的。因此，如果选择 Microsoft 的 C# 4 规则作为标准，那么它们的实现就会从大部分正确变为大部分错误。

Answer 3

只是将其作为“答案”，以便我可以分享 Richter 先生自己写的有关它的内容（顺便说一句，有没有人有最新 CLR 规范的链接，很容易获得 2006 版，但发现有点难获取最新的）：

对于此类内容，通常最好查看 CLR 规范而不是 C# 规范。 CLR 规范规定：

4. 如果未标记 BeforeFieldInit，则该类型的初始化方法将在以下位置执行（即触发）：

• 首次访问该类型的任何静态字段，或

• 首次调用该类型的任何静态方法，或

• 首次调用该类型的任何实例或虚拟方法（如果该类型是值类型），或者

• 首次调用该类型的任何构造函数。

由于这些条件都不满足，因此不会调用静态构造函数。唯一需要注意的棘手部分是“_x”是实例字段而不是静态字段，并且构造结构数组不会调用数组元素上的任何实例构造函数。

Answer 4

另一个有趣的示例：

   struct S
    {
        public int x;
        static S()
        {
            Console.WriteLine("static S()");
        }
        public void f() { }
    }

    static void Main() { new S().f(); }

Answer 5

更新：我的观察是，除非使用静态，否则静态构造函数永远不会被触及 - 这是运行时似乎决定的并且不适用于引用类型。这就引出了一个问题：它是否是一个遗留的错误，因为它几乎没有影响，它是设计使然的，或者它是一个悬而未决的错误。

更新 2： 就个人而言，除非您在构造函数中做了一些奇怪的事情，否则运行时的这种行为永远不会导致问题。一旦您访问静态，它就会正确运行。

更新3：进一步参考LukeH的评论，并引用Matthew Flaschen的答案，在结构中实现和调用您自己的构造函数也会触发调用静态构造函数。这意味着在这三种情况中的一种情况下，行为并不像罐头上所说的那样。

我刚刚向该类型添加了一个静态属性并访问该静态属性 - 它称为静态构造函数。如果没有静态属性的访问，只是创建该类型的新实例，则不会调用静态构造函数。

internal struct SomeValType
    {
        public static int foo = 0;
        public int bar;

        static SomeValType()
        {
            Console.WriteLine("This never gets displayed");
        }
    }

    static class Program
    {
        /// <summary>
        /// The main entry point for the application.
        /// </summary>
        [STAThread]
        static void Main()
        {
            // Doesn't hit static constructor
            SomeValType v = new SomeValType();
            v.bar = 1;

            // Hits static constructor
            SomeValType.foo = 3;
        }
    }

此链接中的注释指定仅访问实例时不调用静态构造函数：

http://www.jaggersoft.com/pubs/StructsVsClasses.htm#default

Answer 6

我猜你正在创建一个值类型的数组。因此 new 关键字将用于初始化数组的内存。

可以说

SomeValType i;
i._x = 5;

在任何地方都没有 new 关键字，这本质上就是您在这里所做的。如果 SomeValType 是引用类型，则必须使用以下命令初始化数组的每个元素

array[i] = new SomeRefType();

Answer 7

这是 MSIL 中“beforefieldinit”属性的疯狂设计行为。它也会影响 C++/CLI，我提交了一份错误报告，其中 Microsoft 很好地解释了为什么行为是这样的，并且我指出了语言标准中不同意/需要更新以描述实际行为的多个部分。但它不公开可见。无论如何，这是 Microsoft 的最终结论（讨论 C++/CLI 中的类似情况）：

由于我们正在调用标准
这里是来自分区 I 的行，8.9.5
说的是：

如果标记为 BeforeFieldInit 那么
执行类型的初始化方法
在第一次访问时或之前的某个时间
到为此定义的任何静态字段
类型。

该部分实际上很详细
关于语言如何实现
可以选择阻止该行为
你正在描述。 C++/CLI 选择不
相反，他们允许程序员
如果他们愿意的话，就可以这样做。

基本上，因为下面的代码有
绝对没有静态字段，JIT
完全正确，根本不是
调用静态类构造函数。

尽管使用不同的语言，但您所看到的行为是相同的。

Answer 8

这里有两件事在起作用：structs-vs-classes 和 beforefieldinit 类型标志。

如果我们在 C# 中未显式定义静态构造函数，编译器将发出 beforefieldinit 类型标志。
这对结构和类的作用是，仅在访问静态字段之前才会调用隐式定义的静态构造函数。

如果我们显式定义静态构造函数（如OP 示例），则未设置 beforefieldinit 标志，并且行为是每当调用ANY 方法（构造函数、静态、虚拟、实例）时，都会调用静态构造函数。

示例中的数组是使用 newarr 指令初始化的，该指令不会调用结构上的任何方法（也不会调用类）。

对于通过 initobj 初始化的结构实例也会发生同样的情况，它不会调用构造函数方法。但是，如果我们为该结构显式定义了一个构造函数，则使用 newobj 指令来调用该方法。这会触发静态构造函数。