每周小结002

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1 优化位枚举

1.1 原生HasFlag问题

  • 原生的HasFlag方法会将枚举装箱为Enum类型，产生性能开销
  • Enum本身是一个引用类型，所有具体的枚举类型比如MyColor都是值类型，并且继承自Enum（特殊的继承规则，就像所有C#对象都继承自object，它也是引用类型）。当调用基类Enum的方法时，自身需要装箱成Enum，参数也需要传递给Enum flag，会进行两次装箱
  • HasFlagFast 用泛型值类型参数替代 Enum 引用类型参数，从根源上避免了装箱。Unsafe.As 只是进一步优化了类型转换的性能，而泛型值类型参数才是避免装箱的关键
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// 原生判断函数是Enum的实例方法，Enum本身是抽象类（引用类型）
public bool HasFlag(Enum flag){
    // ...
}

// 替换 HasFlag 方法，避免装箱，仅适用于Int32枚举
public static bool HasFlagFast<T>(this T flags, T value) where T : struct, Enum
{
    if (Enum.GetUnderlyingType(typeof(T)) != typeof(int))
        throw new ArgumentException($"枚举类型 {typeof(T).Name} 的底层类型不是 Int32，无法使用此方法", nameof(T));
    var f = Unsafe.As<T, int>(ref flags);
    var v = Unsafe.As<T, int>(ref value);
    return (f & v) == v;
}

1.2 内部发生了什么

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bool result1 = myEnum.HasFlag(TestEnum.Flag2);

通过SharpLab查看IL如下，发现进行了两次装箱

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IL_0003: ldloc.0
IL_0004: box TestEnum
IL_0009: ldc.i4.2
IL_000a: box TestEnum
IL_000f: call instance bool [System.Runtime]System.Enum::HasFlag(class [System.Runtime]System.Enum)
IL_0014: stloc.1
  • 不只是Enum，所有值类型（int/struct）调用其引用类型基类（Enum/ValueType/object）的实例方法，（大部分）都会触发装箱。
    • 因为值类型存储在栈上，没有方法表；引用类型存储在堆上，有方法表
    • 要调用引用类型基类的实例方法，必须先把值类型 “包装” 成堆上的引用类型对象（装箱），才能通过方法表找到对应的方法。
  • 但是有例外：如果值类型重写了基类方法，就不会触发装箱（比如 int 重写了 Equals/ToString），调用该方法时不会装箱 —— 因为方法已经属于值类型本身，直接在栈上执行
    • 然而，如果你在重写方法里调用base.ParentFunc()，内部依旧会装箱的！
  • 调用引用基类的静态方法也不需要装箱，因为压根不依赖实例

1.3 为什么枚举是struct，但是却能继承class

  • 从语法上，枚举声明为 enum TestEnum { … }，编译器会自动把它编译为 struct TestEnum : Enum；
  • 但 CLR 对枚举做了特殊处理：枚举的基类虽然是 Enum（class），但枚举实例本身是值类型，存储在栈上；
  • 当需要将枚举转换为 Enum 类型（比如传给 HasFlag 的参数），就必须装箱 —— 因为引用类型参数只能接收堆上的对象。
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TestEnum a = TestEnum.Flag1;
TestEnum b = TestEnum.Flag1;

// 直接比较值类型：true（栈上比较）
bool isEqual1 = a.Equals(b); 

// 转换为Enum后比较：false（两次装箱产生不同的堆对象）
bool isEqual2 = ReferenceEquals((Enum)a, (Enum)b); 

Console.WriteLine(isEqual1); // True
Console.WriteLine(isEqual2); // False

enum TestEnum
{
    Flag1,
    Flag2
}

1.4 值类型没有方法表的解释

  • 引用类型的方法调用逻辑（有方法表指针）
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堆上的引用类型实例：[对象头（含方法表指针）] + [字段数据]
调用方法时：
1. 通过对象头的方法表指针找到类型的方法表；
2. 从方法表中找到要调用的方法地址；
3. 执行方法。
哪怕是空对象（new object()），对象头也会占用 8/16 字节（取决于 32/64 位），核心就是存方法表指针。
  • 值类型的方法调用逻辑（无方法表指针）

    值类型实例存储在栈上，结构是：[字段数据]（无对象头、无方法表指针），调用方法分两种情况：
    • 情况 1：调用值类型自定义 / 重写的方法（比如 A.ToString()）
      CLR 直接从程序集元数据中找到该方法的静态地址（编译期已确定）；
      把栈上值类型实例的地址（this）传给方法，直接执行；
      全程不需要方法表指针，也不需要装箱 —— 这就是你定义的结构体方法能正常执行的原因。
    • 情况 2：调用基类（object/ValueType） 的方法（比如 base.ToString()）
      基类方法需要依赖方法表执行（比如 object.ToString() 是虚方法）；
      但值类型实例没有方法表指针，因此 CLR 必须先把值类型装箱（堆上创建引用类型对象，带方法表指针）；
      通过装箱对象的方法表指针找到基类方法，执行调用。

总结：

  • “值类型没有方法表” → 准确表述是：值类型实例（栈上）没有方法表指针，方法表不随实例分配（引用类型实例必须带方法表指针）；
  • 值类型可以定义 / 执行方法 → 因为自定义 / 重写方法的地址编译期已确定，CLR 直接通过静态地址调用，无需方法表；
  • 调用基类（引用类型）方法时 → 必须先装箱（生成带方法表指针的堆对象），才能通过方法表找到并执行基类方法。
  • 所以，struct没有方法表，不能被继承