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《CLR via C#》精髓：构造器

2024-07-07 04:24:10   222人阅读

构造器包括实例构造器（Instance Constructor）和类型构造器（Type Constructor）。它们针对引用类型和值类型拥有不同的行为和准则。

实例构造器

引用类型

  1. 实例构造器用于初始化对象状态；
  2. 被调用前，对象所分配的内存总会被清零；
  3. 永远不会被继承；
  4. 如果没有显式地定义任何构造器，C#编译器会自动生成一个默认（无参）构造器，其实现代码将调用基类的无参构造器；
  5. 对于抽象类（abstract），编译器生成的默认构造器的可访问性为protected；
  6. 对于非抽象类，编译器生成的默认构造器的可访问性为public；
  7. 如果基类并没有提供无参构造器，派生类必须显式地调用基类的构造器，否则将出现编译错误；
  8. 对于静态类，编译器不会生成任何默认构造器；
  9. 如果派生类的构造器没有显式地调用基类的任何一个构造器，C#编译器将自动调用基类的默认构造器；
  10. 不要在构造器中调用任何虚方法，这将导致不可预知的行为；
  11. 如果类型定义字段时使用了内联初始化语法，编译器在调用基类构造器之前，会首先初始化所有使用了内联初始化语法的字段；
  12. 如果类型中有多个字段以及多个构造器，应避免对字段使用内联初始化语法，而是创建一个构造器完成字段的基本初始化，并让其它构造器显式地调用这个基本初始化构造器，完成特定字段的最终初始化。

值类型

  1. CLR总是允许创建值类型实例，并且无法阻止值类型被初始化。鉴于此，C#编译器不会为值类型生成默认无参构造器；
  2. 出于性能方面的考虑，对于包含在引用类型中的值类型字段，CLR不会调用它们的构造器；
  3. CLR确实允许为值类型定义构造器，但这些构造器只有被显式地调用时才会被执行；
  4. C#不允许为值类型定义无参构造器（但CLR允许），因此也就不允许值类型实例字段的内联初始化；
  5. 值类型中的任何构造器都必须完成值类型全部字段的初始化。

类型构造器

  1. 类型构造器可被应用于接口（C#不允许）、引用类型和值类型；
  2. 类型默认情况下没有类型构造器；
  3. 一个类型只能拥有一个类型构造器，且不能包含参数；
  4. 类型构造器总是private（C#会自动添加）；
  5. 虽然可以为值类型定义类型构造器，但不要真的这么做，因为C#并不保证一定会调用它（原因见后文类型构造器何时被调用部分）；
  6. 类型构造器初始化任何单例对象（Singleton）的好地方；
  7. 由于类型构造器由CLR调用（何时调用以及谁先谁后都由CRL决定），你应该永远避免编写依赖类型构造器按特定顺序调用的代码；
  8. 类型构造器中的代码只用来访问类型的静态字段，这也正是类型构造器的通常用途；
  9. 虽然C#不允许对值类型的实例字段进行内联初始化（原因见上文实例构造器——值类型部分的第4条），但允许对静态字段进行内联初始化；
  10. 如果对类型中静态字段进行了内联初始化，类型中也未定义类型构造器，C#编译器将自动为类型生成类型构造器，并在构造器内部为拥有内联初始化行为的静态字段生成初始化代码；
  11. 如果对类型中静态字段进行了内联初始化，并定义了类型构造器，C#编译器为类型构造器所生成的IL代码中将首先包括拥有内联初始化行为静态字段的初始化代码，然后才是类型构造器中显式定义的代码；
  12. 不要在类型构造器中调用基类的类型构造器，这种调用没有意义，因为类型的静态字段不会从基类继承或共享。

类型构造器何时被调用？

  • 对于引用类型，当类型的静态成员被访问，或者类型的实例被创建时，类型构造器将被调用；
  • 对于值类型，当类型的静态成员被访问，或者类型的一个实例构造器被调用时，类型构造器将被调用。

由此可以得出如下推论：

  1. 如果仅定义了引用类型变量但未实例化，那么类型构造器将不会被调用；
  2. 如果值类型实例被创建时没有调用实例构造器，那么类型构造器将不会被调用；
  3. C#保证：引用类型和值类型的任何静态成员被访问前的某个时刻，类型构造器会被调用。

下例代码是针对上述结论和推论的验证：

using System;

// 值类型
internal struct SomeValType {
    // 类型构造器
    static SomeValType() {
        Console.WriteLine("This never gets displayed");
    }

    // 实例构造器
    public SomeValType(Int32 x) {
        m_x = x;
    }

    public Int32 m_x;
}

// 引用类型
internal class SomeRefType {
    // 类型构造器
    static SomeRefType() {
        Console.WriteLine("This will be display");
    }

    public Int32 m_x;
}

public sealed class Program {
    public static void Main() {
        SomeValType valType = new SomeValType();
        valType.m_x = 123;

        SomeRefType refType = new SomeRefType();
        refType.m_x = 456;
    }
}

上述代码执行后输出结果为：

This will be display

很明显，引用类型（SomeRefType）的类型构造器被调用了，因为引用类型的实例被创建了；而值类型（SomeValType）的类型构造器没有被CLR调用，因为值类型的实例构造器没有被调用。正像类型构造器部分第5条所说的那样：“C#并不保证一定会调用它”，这也正符合推论2。

值类型的实例构造器没有被调用的原因就在于Main方法中值类型的实例化代码：

SomeValType valType = new SomeValType();

我们知道，值类型不允许定义默认无参实例构造器，上述代码只是定义一个SomeValType值类型实例并将其全部实例字段初始化为0或null，不会调用任何实例构造器。

如果我们确实希望值类型的类型构造器被调用，那么只需将上述代码修改为：

SomeValType valType = new SomeValType(789);

修改后的代码显式地调用了SomeValType值类型的一个实例构造器，输出结果如下：

This never gets displayed
This will be display

显然，值类型的类型构造器被调用了，因为现在已经符合“对于值类型，当类型的静态成员被访问，或者类型的一个实例构造器被调用时，类型构造器将被调用。”一句中“类型的一个实例构造器被调用”的要求。

上述试验其实又从反方向证明了类型构造器部分的第5条：“C#并不保证一定会调用它”——C#不保证一定会，但也不保证一定不会。


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