C# sealed密封追本溯源

一、简介

在 C# 中，sealed 关键字用于定义一个密封类或者密封方法，也就是不能被继承的类。这样做的目的是为了限制类的继承，确保类的行为和实现不会被改变。

此外，密封类也有助于提升代码的安全性和可维护性。由于密封类不能被继承，开发者可以更好地控制类的行为，避免不必要的继承和重写带来的风险。

**sealed**类是 C# 提供的一个强大工具，它帮助开发者更好地控制类的设计和行为。

（过多基础知识介绍就不在此赘述了，今天探讨的问题点是 sealed密封类是否会带来性能上的提升，这是一个非常有意思的话题。 ）

二、类从元数据到 CLR 运行时

1) 编译器输出：源代码 → IL + 元数据（Assembly / PE）

C#语言被编译成 IL（中间语言）并写入 PE（Portable Executable）文件中。同时生成 元数据（Metadata）：类型定义（TypeDef）、字段（FieldDef）、方法（MethodDef）、参数、属性、接口实现、常量、引用到其他模块（TypeRef/MemberRef/AssemblyRef）等。

1.1）Roslyn

Roslyn简介：Roslyn = C# / VB 的"编译器 + 代码分析框架"，而且本身就是用 C# 写的。在 .NET 中它不仅负责把代码编译成 IL，还把"编译过程本身"开放出来让你可以读语法树、编辑语法树、生成代码、做分析、做重写。

在 Roslyn / 编译器语境里：**使用编译器自身的能力来编译或生成编译器本身。**这种方式称之为自举。自举的意义在于见证语言的完整性、减少依赖。

1.2）核心类MetadataWriter

1.2.1）PopulateTypeDefTableRows

PopulateTypeDefTableRows方法会把中所有的类型写入 TypeDef 表 ，并为每个类型生成 Metadata 所需的行数据。(MetadataWriter还包含很多方法，PopulateTypeDefTableRows只会把类型写入TypeDef 类型引用表中。还有其他的PopulateMethodDefTableRows()、PopulateCustomAttributeTableRows()等方法，会写入对应的方法和特性引用表中，最终这些引用表合成Metadata。就不在此详细讲解了。因为实在是有太多东西了。。。。。。)

1.2.2）WriteMetadataAndIL

WriteMetadataAndIL会构建所有生成的Metadata，通过emit生成IL。把Metadata和IL拼成最终的二进制块，交给 PEWriter 写入 PE 文件。最终我们将得到.dll或者.exe文件。

2）方法引用的内联和展开

2.1）内联（inlining）

内联：方法调用在最终生成的 IL 或 JIT 机器码中直接替换成方法体的代码，不再有调用指令。常用于小方法，提高性能。

2.2）展开（普通调用 / 不内联）

调用保留 call 指令，执行时需要跳转到被调用方法，维护调用栈和参数。

2.3）call和callvirt

call：编译期直接确定方法地址，调用点直接跳转到方法体，不需要虚表查找。

callvirt：编译期只知道方法 slot（在 vtable 或接口表），运行时根据对象类型查找实际实现。

2.4）抽象类抽象方法

我们来写一个小的demo：

cs 复制代码

namespace ConsoleApp1
{
    public abstract class AbstractTest
    {
        public abstract void Test();
    }

    class AbstractClass : AbstractTest
    {
        public override void Test()
        {
            Console.WriteLine("Hi");
        }
    }

    public class ConsoleWriteLine
    {
        void Test(AbstractClass abs)
        {
            abs.Test();
        }
    }
}

通过ILSpy我们可以看到，ConsoleWriteLine这个类在调用抽象方法时使用的是callvirt。而callvirt会先去vtable表中去检索，找到虚方法或者抽象方法的具体实现地址在哪里。

3）sealed密封类

3.1）虚拟化（Virtualization）

虚拟化：在 C# / CLR 里主要指方法调用的多态机制，也就是运行时动态分派（dynamic dispatch），允许子类重写父类方法。让调用者在编译期无法确定具体方法体，而是在运行时根据对象类型决定调用哪个实现。

虚拟化的实现方法是-->虚方法表（vtable）+ callvirt 指令。关键目的是支持多态。

3.2）去虚拟化（Devirtualization）

如果对象类型在运行期唯一可确定，例如 sealed 类-->JIT 可以去掉虚拟化机制。这样对比虚拟化的优势是，不在进行vtable表检索，减少调用性能下降。

4）RunTime中的sealed

4.1）RunTime

我们可以看到Runtime会把sealed密封类标记为 "CORINFO_FLG_FINAL"

检测到是：sealed密封类；static静态类；不是抽象类，就会停止检索。Runtime JIT会对其进行优化。

C# sealed密封 追本溯源