[c#] ValueTypes는 어떻게 Object (ReferenceType)에서 파생되고 여전히 ValueTypes입니까?

이론적 해석

모든 답변 중에서 @supercat의 답변은 실제 답변에 가장 가깝습니다. 다른 답변은 실제로 질문에 대한 답변이 아니고, 잘못된 주장을하기 때문에 (예를 들어 값 유형이 어떤 것에서 상속된다는) 질문에 답하기로 결정했습니다.

 

프롤로그

이 답변은 내 리버스 엔지니어링과 CLI 사양을 기반으로합니다.

struct와 classC #을 키워드입니다. CLI에 관한 한 모든 유형 (클래스, 인터페이스, 구조체 등)은 클래스 정의에 의해 정의됩니다.

예를 들어 개체 유형 (C #에서으로 알려짐 class)은 다음과 같이 정의됩니다.

.class MyClass
{
}

 

인터페이스는 interface시맨틱 속성을 가진 클래스 정의에 의해 정의됩니다 .

.class interface MyInterface
{
}

 

값 유형은 어떻습니까?

구조체가 System.ValueType여전히 값 유형 에서 상속 될 수있는 이유 는 .. 그렇지 않기 때문입니다.

값 유형은 단순한 데이터 구조입니다. 값 유형은 할 수 없습니다 에서 상속 무엇이든 그들이 할 수없는 인터페이스를 구현합니다. 값 유형은 어떤 유형의 하위 유형도 아니며 유형 정보가 없습니다. 값 유형의 메모리 주소가 주어지면 숨겨진 필드에 유형 정보가있는 참조 유형과 달리 값 유형이 나타내는 것을 식별 할 수 없습니다.

다음 C # 구조체를 상상한다면 :

namespace MyNamespace
{
    struct MyValueType : ICloneable
    {
        public int A;
        public int B;
        public int C;

        public object Clone()
        {
            // body omitted
        }
    }
}

다음은 해당 구조체의 IL 클래스 정의입니다.

.class MyNamespace.MyValueType extends [mscorlib]System.ValueType implements [mscorlib]System.ICloneable
{
    .field public int32 A;
    .field public int32 B;
    .field public int32 C;

    .method public final hidebysig newslot virtual instance object Clone() cil managed
    {
        // body omitted
    }
}

그래서 여기서 무슨 일이 일어나고 있습니까? 명확 연장 System.ValueType대상 / 기준 입력이며, 이는 와 용구 System.ICloneable.

설명은 클래스 정의가 확장 System.ValueType될 때 실제로 두 가지를 정의한다는 것입니다 : 값 유형과 값 유형의 해당 boxed 유형입니다. 클래스 정의의 멤버는 값 형식과 해당 boxed 형식 모두에 대한 표현을 정의합니다. 확장하고 구현하는 것은 값 유형이 아니라 해당하는 박스형 유형입니다. extends및 implements키워드 만 박스 유형에 적용.

명확히하기 위해 위의 클래스 정의는 두 가지 작업을 수행합니다.

1. 3 개의 필드 (및 하나의 방법)로 값 유형을 정의합니다. 어떤 것도 상속하지 않으며 어떤 인터페이스도 구현하지 않습니다 (값 유형은 둘 다 수행 할 수 없음).
2. 3 개 필드 (그리고 하나의 인터페이스 방법을 구현), 상속와 개체 유형 (박스형 형)을 정의 System.ValueType하고 구현하는 System.ICloneable인터페이스.

또한 확장하는 모든 클래스 정의 System.ValueType는 sealed키워드 지정 여부에 관계없이 본질적으로 봉인 됩니다.

값 유형은 단순한 구조 일 뿐이므로 상속하거나 구현하지 않으며 다형성을 지원하지 않으므로 나머지 유형 시스템과 함께 사용할 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 CLR은 값 형식 외에도 boxed 형식이라고하는 동일한 필드가있는 해당 참조 형식도 정의합니다. 따라서 값 유형 object은를 받는 메서드로 전달할 수 없지만 해당 boxed 유형 은 .

 

이제 C #에서 다음과 같은 메서드를 정의하려면

public static void BlaBla(MyNamespace.MyValueType x),

메소드가 값 유형을 취한다는 것을 알고 있습니다 MyNamespace.MyValueType.

위에서 우리는 structC # 의 키워드에서 나온 클래스 정의가 실제로 값 유형과 객체 유형을 모두 정의한다는 것을 배웠습니다 . 하지만 정의 된 값 유형 만 참조 할 수 있습니다. CLI 사양에 제약 조건 키워드 boxed를 사용하여 유형의 박스형 버전을 참조 할 수 있다고 명시되어 있지만 이 키워드는 존재하지 않습니다 (ECMA-335, II.13.1 참조 값 유형 참조). 그러나 잠시 동안 그렇게한다고 상상해보십시오.

IL에서 유형을 참조 할 때 두 가지 제약 조건이 지원되며 그중에는 class및 valuetype. 사용하는 경우 valuetype MyNamespace.MyTypeMyNamespace.MyType이라는 값 유형 클래스 정의를 지정합니다. 마찬가지로 class MyNamespace.MyTypeMyNamespace.MyType이라는 객체 유형 클래스 정의를 지정하는 데 사용할 수 있습니다 . 즉, IL에서 동일한 이름을 가진 값 유형 (구조체)과 객체 유형 (클래스)을 가질 수 있으며 여전히 구별 할 수 있습니다. 이제 boxedCLI 사양에서 언급 한 키워드가 실제로 구현 된 경우 boxed MyNamespace.MyTypeMyNamespace.MyType이라는 값 유형 클래스 정의의 박스형 유형을 지정할 수 있습니다 .

따라서 .method static void Print(valuetype MyNamespace.MyType test) cil managed라는 값 유형 클래스 정의에 의해 정의 된 값 유형을 취합니다 MyNamespace.MyType.

while .method static void Print(class MyNamespace.MyType test) cil managed은라는 객체 유형 클래스 정의에 의해 정의 된 객체 유형을 사용합니다 MyNamespace.MyType.

마찬가지로 boxed키워드 인 경우 .method static void Print(boxed MyNamespace.MyType test) cil managed라는 클래스 정의에 정의 된 값 유형의 boxed 유형을 사용합니다 MyNamespace.MyType.

그런 다음 다른 개체 형식 같은 박스 타입의 인스턴스와 소요 어떤 방법으로 그것을 주변에 통과 할 수있을 것 System.ValueType, object또는 boxed MyNamespace.MyValueType인수로, 그것은 것, 모든 의도와 목적을 위해, 다른 참조 타입처럼 작동합니다. 값 유형이 아니지만 값 유형의 해당 상자 유형입니다.

 

요약

요약하면 다음과 같은 질문에 답할 수 있습니다.

값 유형은 없습니다 유형을 참조하고 할 수 없습니다 에서 상속 System.ValueType또는 다른 종류의, 그리고 그들이 할 수없는 인터페이스를 구현합니다. 해당 박스 되는 유형 도 정의는 어떻게 상속을 System.ValueType하고 있습니다 인터페이스를 구현합니다.

.class정의는 상황에 따라 다른 일을 정의합니다.

• 는 IF interface의미 속성이 지정되어, 클래스 정의는 인터페이스를 정의합니다.
• 는 IF interface의미 속성을 지정하지 않고, 정의가 확장되지 않는 System.ValueType클래스 정의는 객체 유형 (클래스)를 정의합니다.
• 경우] interface의미 속성이 지정되지 않고, 정의 않는 확장 System.ValueType클래스 정의는 정의 값 유형 과 그 대응 박스 타입 (구조체).

메모리 레이아웃

이 섹션에서는 32 비트 프로세스를 가정합니다.

이미 언급했듯이 값 유형에는 유형 정보가 없으므로 값 유형이 메모리 위치에서 무엇을 나타내는 지 식별 할 수 없습니다. 구조체는 간단한 데이터 유형을 설명하며 정의하는 필드 만 포함합니다.

public struct MyStruct
{
    public int A;
    public short B;
    public int C;
}

MyStruct의 인스턴스가 주소 0x1000에 할당되었다고 상상하면 다음은 메모리 레이아웃입니다.

0x1000: int A;
0x1004: short B;
0x1006: 2 byte padding
0x1008: int C;

구조체는 기본적으로 순차적 레이아웃입니다. 필드는 자체 크기의 경계에 정렬됩니다. 이를 충족시키기 위해 패딩이 추가됩니다.

 

다음과 같이 똑같은 방식으로 클래스를 정의하면 :

public class MyClass
{
    public int A;
    public short B;
    public int C;
}

동일한 주소를 상상하면 메모리 레이아웃은 다음과 같습니다.

0x1000: Pointer to object header
0x1004: int A;
0x1008: int C;
0x100C: short B;
0x100E: 2 byte padding
0x1010: 4 bytes extra

클래스는 기본적으로 자동 레이아웃으로 설정되며 JIT 컴파일러는이를 최적의 순서로 정렬합니다. 필드는 자체 크기의 경계에 정렬됩니다. 이를 충족시키기 위해 패딩이 추가됩니다. 이유는 모르겠지만 모든 클래스에는 항상 끝에 4 바이트가 추가됩니다.

오프셋 0은 유형 정보, 가상 메소드 테이블 등을 포함하는 객체 헤더의 주소를 포함합니다.이를 통해 런타임은 값 유형과 달리 주소의 데이터가 나타내는 내용을 식별 할 수 있습니다.

따라서 값 유형은 상속, 인터페이스 또는 다형성을 지원하지 않습니다.

행동 양식

값 유형에는 가상 메소드 테이블이 없으므로 다형성을 지원하지 않습니다.
그러나 해당 박스형 유형 은 해당 됩니다.

구조체의 인스턴스가 있고에 ToString()정의 된 것과 같은 가상 메서드를 호출하려고 System.Object하면 런타임에서 구조체를 박스해야합니다.

MyStruct myStruct = new MyStruct();
Console.WriteLine(myStruct.ToString()); // ToString() call causes boxing of MyStruct.

그러나 구조체가 재정의 ToString()하면 호출이 정적으로 바인딩되고 런타임은 MyStruct.ToString()boxing없이 가상 메서드 테이블을 보지 않고 호출합니다 (구조체에는 없음). 이러한 이유로 ToString()통화 를 인라인 할 수도 있습니다 .

구조체가 재정의 ToString()되고 boxing되면 가상 메서드 테이블을 사용하여 호출이 해결됩니다.

System.ValueType myStruct = new MyStruct(); // Creates a new instance of the boxed type of MyStruct.
Console.WriteLine(myStruct.ToString()); // ToString() is now called through the virtual method table.

그러나 ToString()이것은 struct에 정의되어 있으므로 struct 값에서 작동하므로 값 유형을 예상합니다. 다른 클래스와 마찬가지로 boxed 형식에는 개체 헤더가 있습니다. ToString()구조체에 정의 된 메서드가 this포인터 의 boxed 형식을 사용하여 직접 호출 된 경우에서 필드 A에 액세스하려고 할 때 MyStruct오프셋 0에 액세스하며, 이는 boxed 형식에서 개체 헤더 포인터가됩니다. 따라서 boxed 형식에는 ToString(). 이 숨겨진 메서드 unbox는 박스형 유형을 박스 해제 (IL 명령어 와 같이 주소 계산 전용 ) 한 다음 ToString()구조체에 정의 된 을 정적으로 호출합니다 .

마찬가지로 boxed 형식에는 동일한 unboxing을 수행 한 다음 구조체에 정의 된 메서드를 정적으로 호출하는 구현 된 각 인터페이스 메서드에 대한 숨겨진 메서드가 있습니다.

 

CLI 사양

권투

I.8.2.4 모든 값 유형에 대해 CTS는 박스형 유형이라는 해당 참조 유형을 정의합니다. 그 반대는 사실이 아닙니다. 일반적으로 참조 유형에는 해당 값 유형이 없습니다. 박스형 값 (박스형 값)의 표현은 값 유형의 값을 저장할 수있는 위치입니다. 박스형은 객체 유형이고 박스형 값은 객체입니다.

값 유형 정의

I.8.9.7 클래스 정의에 의해 정의 된 모든 유형이 객체 유형은 아닙니다 (§I.8.2.3 참조). 특히 값 유형은 객체 유형이 아니지만 클래스 정의를 사용하여 정의됩니다. 값 형식에 대한 클래스 정의는 (unboxed) 값 형식과 관련 boxed 형식을 모두 정의합니다 (§I.8.2.4 참조). 클래스 정의의 멤버는 둘 다의 표현을 정의합니다.

II.10.1.3 유형 의미 속성은 인터페이스, 클래스 또는 값 유형이 정의되어야하는지 여부를 지정합니다. 인터페이스 속성은 인터페이스를 지정합니다. 이 속성이없고 정의가 System.ValueType을 (직간접 적으로) 확장하고 정의가 System.Enum에 대한 것이 아닌 경우 값 유형이 정의됩니다 (§II.13). 그렇지 않으면 클래스를 정의해야합니다 (§II.11).

값 유형은 상속되지 않습니다.

I.8.9.10 unboxed 형식에서 값 유형은 어떤 유형에서도 상속되지 않습니다. 박스형 값 형식은 열거 형이 아닌 경우 System.ValueType에서 직접 상속해야하며,이 경우 System.Enum에서 상속해야합니다. 박스형 값 유형은 봉인되어야합니다.

II.13 Unboxed 값 유형은 다른 유형의 하위 유형으로 간주되지 않으며 unboxed 값 유형에서 isinst 명령어 (파티션 III 참조)를 사용하는 것은 유효하지 않습니다. 그러나 isinst 명령어는 박스형 값 유형에 사용할 수 있습니다.

I.8.9.10 값 유형은 상속되지 않습니다. 오히려 클래스 정의에 지정된 기본 유형은 boxed 유형의 기본 유형을 정의합니다.

값 유형은 인터페이스를 구현하지 않습니다.

I.8.9.7 값 유형은 인터페이스 계약을 지원하지 않지만 연관된 boxed 유형은 지원합니다.

II.13 값 유형은 0 개 이상의 인터페이스를 구현해야하지만 이는 상자 형식 (§II.13.3)에서만 의미가 있습니다.

I.8.2.4 인터페이스와 상속은 참조 유형에서만 정의됩니다. 따라서 값 형식 정의 (§I.8.9.7)는 값 형식에 의해 구현 될 인터페이스와 상속되는 클래스 (System.ValueType 또는 System.Enum)를 모두 지정할 수 있지만 이는 박스형 값에만 적용됩니다. .

존재하지 않는 박스형 키워드

II.13.1 unboxed 형태의 값 유형은 유형 참조가 뒤 따르는 valuetype 키워드를 사용하여 참조되어야한다. boxed 형식의 값 형식은 boxed 키워드 다음에 형식 참조를 사용하여 참조해야합니다.

참고 : 여기서 사양이 잘못되었으며 boxed키워드 가 없습니다 .

발문

값 형식이 상속되는 것처럼 보이는 혼란의 일부는 C #이 캐스팅 구문을 사용하여 박싱 및 언 박싱을 수행한다는 사실에서 비롯된 것으로 생각합니다. CLR은 잘못된 형식의 상자를 풀려고하면 InvalidCastException을 throw합니다.
(object)myStructC #에서는 값 형식의 boxed 형식의 새 인스턴스를 만듭니다. 캐스트를 수행하지 않습니다. 마찬가지로 (MyStruct)objC #에서는 boxed 형식을 unboxes하여 값 부분을 복사합니다. 캐스트를 수행하지 않습니다.