mscorlib 的 `System.Boolean` 如何避免结构布局循环？

Question

参考源网站上System.Boolean 的源代码指出struct Boolean 的实例仅包含一个bool 字段：private bool m_value：

https://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/boolean.cs,f1b135ff6c380b37

namespace System {

    using System;
    using System.Globalization;
    using System.Diagnostics.Contracts;

    [Serializable]
    [System.Runtime.InteropServices.ComVisible(true)]
    public struct Boolean : IComparable, IConvertible
#if GENERICS_WORK
        , IComparable<Boolean>,  IEquatable<Boolean>
#endif
    {
      private bool m_value;

      internal const int True = 1; 
      internal const int False = 0; 

      internal const String TrueLiteral  = "True";
      internal const String FalseLiteral = "False";

      public static readonly String TrueString  = TrueLiteral;
      public static readonly String FalseString = FalseLiteral;
}

但我注意到了……

• bool 是 a C# language alias 对应于 System.Boolean。
• 类型是struct Boolean，它是一个值类型，意思是it cannot contain itself as a field。
• ...但是这段代码大概可以编译。
• 我知道，当设置了-nostdlib 编译器选项时，您需要提供自己的基本 类型定义，例如System.String、System.Int32、System.Exception - 这是唯一的区别。
• 发布的源代码不包含其他特殊属性，如[MethodImpl( MethodImplOptions.InternalCall )]。

那么这段代码是如何编译的呢？

Answer 1

简答：这是一种特殊情况，与类型装箱及其底层表示有关。这些类型对于编译器来说是众所周知的，因此与常规类型相比，运行时的核心部分和编译器/JIT 优化器对这些类型的处理略有不同。

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由于这深埋在运行时实现中，我认为语言规范不会涉及具体的运行时实现细节。我不确定这是否是一个足够令人满意的答案，但我认为在这种特殊情况下，bool 类型仍然未装箱，因此作为结构的一部分作为原始值类型存在。

值类型的装箱和拆箱的语义是故意不透明的，以使使用语言更容易。在这种情况下，Boolean 结构本身似乎依赖于实现特定的装箱规则来实现实际语义，例如：

  // Determines whether two Boolean objects are equal.
  public override bool Equals (Object obj) {
    //If it's not a boolean, we're definitely not equal
    if (!(obj is Boolean)) {
      return false;
    }

    return (m_value==((Boolean)obj).m_value);
  }

我相信上面所说的，表示布尔类型的盒装结构首先进行类型检查，然后将其拆箱并直接比较内部 bool 值。与装箱类型（可能是标记指针或带有一些运行时类型信息的实际结构）不同，未装箱类型被视为实际数据。

我在内部相信，如果必须将 bool 装箱以传递为 System.Object（因为类型擦除或无法优化），您最终会得到类似于 true 的内容将值 1 框起来。

ldc.i4.1
box        [mscorlib]System.Boolean

因此，虽然在较高级别上 bool 和 System.Boolean 看起来是相同的，并且可以进行类似的优化，但在运行时的这种特殊情况下，bool 的盒装版本和未盒装版本之间的区别直接暴露出来。类似地，未装箱的bool 不能与本质上是装箱类型的System.Object 进行比较。 This answer regarding the need for boxing/unboxing 更深入地解释了原理本身。

在托管语言中，当涉及到一些核心运行时特性时，运行时实现通常需要免除某些规则，这对于 Java 和其他基于 JVM 的语言来说当然是正确的。虽然我也不熟悉 CLR，但我认为这里也适用相同的原则。

虽然this question about 'bool' being a type alias for 'System.Boolean' 基本上涵盖了一般用例，但当接近运行时实现时，C# 的方言变得更像“特定于实现的 C#”，这可能会稍微改变规则。