Substring 在BCL和CLR里面搞了啥

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还是做点事情,不要那么散漫。

本文以简单的Substring(int startindex,int Length)函数为例,来递进下它在托管和非托管的一些行为。


楔子

还是做点事情,不要那么散漫。

本文以简单的Substring(int startindex,int Length)函数为例,来递进下它在托管和非托管的一些行为。

以下均为个人理解,如有疏漏请指正。

定义和实现

它的定义是在System.Runtime.dll里面

public string Substring(int startIndex, int length) {    throw null; } 

它的实现在System.Private.CoreLib.dll里面

  public string Substring(int startIndex, int length)   {     //此处省略一万字      return InternalSubString(startIndex, length);   } 

继续来看下InternalSubString

private string InternalSubString(int startIndex, int length) { 	string text = string.FastAllocateString(length); 	UIntPtr elementCount = (UIntPtr)text.Length; 	Buffer.Memmove<char>(ref text._firstChar, Unsafe.Add<char>(ref this._firstChar, (IntPtr)((UIntPtr)startIndex)), elementCount); 	return text; } 

FastAllocateString是个FCall函数(也就是微软提供的在托管里面调用非托管的一种方式,它的实际实现是在JIT里面)

	[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall)] 	internal static extern string FastAllocateString(int length); 

Buffer.Memmove是个托管函数,它的作用主要是把FastAllocateString返回的string对象赋值为startIndex和elementCount中间的字符串。过程是利用了Unsafe.Add(它的定义在System.Runtime.CompilerServices,实现实在CLR里面)指针偏移来实现,过程比较简单,不赘述。

FastAllocateString

重点在于这个函数,这个函数进入到了非托管。它进入的方式是通过RyuJit加载这个方法的IL代码。然后对这个IL代码进行解析,重构成汇编代码。

它的非托管原型如下:

#define _DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALLS_BASE()      DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALL_IMPL(FastAllocateString,                FramedAllocateString)  

FramedAllocateString原型如下:

HCIMPL1(StringObject*, FramedAllocateString, DWORD stringLength) {     FCALL_CONTRACT;      STRINGREF result = NULL;     HELPER_METHOD_FRAME_BEGIN_RET_0();    // Set up a frame      result = AllocateString(stringLength);      HELPER_METHOD_FRAME_END();     return((StringObject*) OBJECTREFToObject(result)); } HCIMPLEND 

注意了,FastAllocateString实际上调用的不是FramedAllocateString。因为在CLR启动加载的时候,FastAllocateString被替换成了FCall函数形式的调用

ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(GetEEFuncEntryPoint(AllocateStringFastMP_InlineGetThread), ECall::FastAllocateString); 

DynamicallyAssignFCallImpl原型:

void ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(PCODE impl, DWORD index) {     CONTRACTL     {         NOTHROW;         GC_NOTRIGGER;         MODE_ANY;     }     CONTRACTL_END;      _ASSERTE(index < NUM_DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALL_IMPLEMENTATIONS);     g_FCDynamicallyAssignedImplementations[index] = impl; } 

可以看到FastAllocateString作为了索引Index,而他的实现是AllocateStringFastMP_InlineGetThread。

再来看下它的堆栈

>	coreclr.dll!ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(unsigned __int64 0x00007ffdeed5df50, unsigned long 0x061b1d50)	C++  	coreclr.dll!InitJITHelpers1()	C++  	coreclr.dll!EEStartupHelper()	C++  	coreclr.dll!`EEStartup'::`9'::__Body::Run(void * 0x0000000000000000)	C++  	coreclr.dll!EEStartup()	C++  	coreclr.dll!EnsureEEStarted()	C++  	coreclr.dll!CorHost2::Start()	C++  	coreclr.dll!coreclr_initialize(const char *  

很明显它是在CLR初始化的时候被替代的

何时被调用

最后一个问题,既然FastAllocateString被替代了,那它何时被调用的呢?

在代码:

private string InternalSubString(int startIndex, int length) { 	string text = string.FastAllocateString(length); 	UIntPtr elementCount = (UIntPtr)text.Length; 	Buffer.Memmove<char>(ref text._firstChar, Unsafe.Add<char>(ref this._firstChar, (IntPtr)((UIntPtr)startIndex)), elementCount); 	return text; } 

这里面调用了string.FastAllocateString函数,通过上面推断,实际上它已经被被替换了。注意了,但是替换之前,还得按照CLR内存模型进行运作调用。当我们调用InternalSubString的时候,里面调用了FastAllocateString,后者通过PrecodeFixupThunk来进行替换。

这点可以通过汇编验证:

System_Private_CoreLib!System.String.InternalSubString+0xc: 00007ffd`9a86132c 418bc8          mov     ecx,r8d 0:000> t System_Private_CoreLib!System.String.InternalSubString+0xf: 00007ffd`9a86132f ff15b39f7e00    call    qword ptr [System_Private_CoreLib+0x9cb2e8 (00007ffd`9b04b2e8)] ds:00007ffd`9b04b2e8={coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread (00007ffd`9b20b3a0)} 0:000> t coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread: 00007ffd`9b20b3a0 4c8b0d090d3400  mov     r9,qword ptr [coreclr!g_pStringClass (00007ffd`9b54c0b0)] ds:00007ffd`9b54c0b0=00007ffd3b6ed698 
call    qword ptr [System_Private_CoreLib+0x9cb2e8 (00007ffd`9b04b2e8)] ds:00007ffd`9b04b2e8={coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread (00007ffd`9b20b3a0)} 就是直接调用了AllocateStringFastMP_InlineGetThread,然后跳转到后者的地址 

AllocateStringFastMP_InlineGetThread

这个函数的作用实际上是申请内存,比如你 new 一个对象的时候,又或者本例,你需要一个新的字符串对象来存储截取的字符串。
Substring 在BCL和CLR里面搞了啥

作者:江湖评谈
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