为什么 Int32.ToString() 发出调用指令而不是 callvirt？

Question

对于以下代码sn-p：

struct Test
{
    public override string ToString()
    {
        return "";
    }
}

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Test a = new Test();
        a.ToString();
        Int32 b = 5;
        b.ToString();
    }
}

编译器发出以下 IL：

  .locals init ([0] valuetype ConsoleApplication2.Test a,
           [1] int32 b)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldloca.s   a
  IL_0003:  initobj    ConsoleApplication2.Test
  IL_0009:  ldloca.s   a
  IL_000b:  constrained. ConsoleApplication2.Test
  IL_0011:  callvirt   instance string [mscorlib]System.Object::ToString()
  IL_0016:  pop
  IL_0017:  ldc.i4.5
  IL_0018:  stloc.1
  IL_0019:  ldloca.s   b
  IL_001b:  call       instance string [mscorlib]System.Int32::ToString()
  IL_0020:  pop
  IL_0021:  ret

由于值类型Test 和Int32 都覆盖了ToString() 方法，我认为a.ToString() 和b.ToString() 都不会发生装箱。因此我想知道为什么编译器为Test 发出constraned+callvirt，为Int32 发出call？

Answer 1

这是编译器对原始类型所做的优化。

但即使对于自定义结构，callvirt 在运行时实际上将作为call 执行，因为constrained. 操作码 - 在方法被覆盖的情况下。它允许编译器在任何一种情况下发出相同的指令并让运行时处理它。

来自MSDN：

如果thisType 是值类型并且thisType 实现method，则ptr 未经修改地作为this 指针传递给call 方法指令，用于实现thisType的方法。

还有：

constrained 操作码允许 IL 编译器以统一的方式调用虚函数独立于 ptr 是值类型还是引用类型。虽然它适用于 thisType 是泛型类型变量的情况，但约束前缀也适用于非泛型类型，并且可以降低在隐藏值类型和引用类型之间的区别的语言中生成虚拟调用的复杂性。

我不知道任何关于优化的官方文档，但是您可以在 MayUseCallForStructMethod method 的 Roslyn 存储库中查看备注。

至于为什么这种优化推迟到非原始类型的运行时，我相信这是因为实现可以改变。想象一下引用一个最初对ToString 具有覆盖的库，然后将 DLL（无需重新编译！）更改为删除覆盖的库。这会导致运行时异常。对于原语，他们可以肯定它不会发生。

Answer 2

因为Int是框架提供的密封类型，永远不会有其他类型覆盖int ToString方法，所以编译器知道它总是需要调用@中提供的ToString()方法实现987654325@ 类型，所以它不需要使用callvirt 来确定调用哪个实现。

对于原始类型，编译器知道要调用ToString 的哪个实现，但是当我们创建自定义值类型时，它是一个以前从未存在过的新类型，因此编译器不知道它，它需要弄清楚要调用哪个实现以及它所在的位置，因为它默认继承自Object，因此编译器必须执行callvirt 来定位为自定义类型提供的ToString() 实现，如果没有被覆盖，它将调用对象类型很明显。

以下现有的 SO 帖子可以帮助您理解这一点：

Call and Callvirt