从IL角度彻底理解回调_委托_指针

从IL角度彻底理解回调_委托_指针

1.创作此文的背景

又是一个月的时间没写博文，瞎忙活，来武汉重新上班了，武汉这边中小学都开学了，很安全，大家可以放心
来商务出差个人游玩，重新招了个后端进团队，一个是在QQ技术群认识的，在他身上放佛看到了过去的自己，希
望以后能帮我分担更多的工作，得组织培训，分配任务，完成新目标（铁路动环系统的重构），还需要再招一个
得力的，能认真工作，分析问题解决问题，分担一部分压力的。走走停停的，好了不说废话了，下面进入正文。

写本篇博客的目的

1.1.委托能帮助代码更好地封装

1.2.委托能随时随地更方便地运行其他类中的方法

1.3.委托非常适合做发布订阅者设计模式

1.4.委托也适合做远程rpc的回调函数

1.5.真正把委托的前因后果讲清楚的文章并不多

2.概念

2.1.指针(C语言)

指针的本质是变量，而且是一个存放变量地址的变量。

2.2.委托

委托的本质是一个类，里面有开始调用，当前调用，结束调用，利用委托链来管理。保存在物理内存的栈中，
一般来说，委托会通过首尾相连接组织成委托链（链表形式），委托链（+=）本质是一个函数指针队列。

2.3.回调

c语言里指通过函数指针来调用函数，程序员自己来管理所需要调用的函数指针的队列；而C#里则是通过委托来
管理函数队列（+=），一旦委托被回调，则第一个先入队的方法会先执行，而且所有的函数需要有相同的形参。
不需要的形参不用即可。

3.代码

3.1.案例

讲一下智能楼宇系统中的应用案例，有一个中控，是发布系统，通过灯控委托来回调发布方法进行发布灯控
命令，其他楼层灯实体属于订阅者，根据接收到的命令来操作控制灯的打开或者关闭。

3.2.代码

灯控发布者代码

    public class ControlSystem
    {
        public string _cmd;

        public ControlSystem(string cmd)
        {
            _cmd = cmd;  
        }
        public static void Publish(string msg)
        {
            Console.WriteLine("控制系统发布命令："+msg);
        }
        public void CallBack(Program.LightControlCallBackMQ callback)
        {
            callback(_cmd);
        }
    }

1楼订阅者代码

    public class FirstFloorLight
    {
        public static void lightController(string msg)
        {
            System.Console.WriteLine("1楼订阅者接收到消息："+msg);
            System.Console.WriteLine("1楼打开灯光");
        }
    }

2楼订阅者代码

    public class SecondFloorLight
    {
        public static void lightController(string msg)
        {
            System.Console.WriteLine("2楼订阅者接收到消息："+msg);
            System.Console.WriteLine("2楼不打开灯光");
        }
    }

应用层代码

    public class Program
    {
        public delegate void LightControlCallBackMQ(string msg);
        static void Main(string[] args)
        {
            //1.约定回调函数调用的方法
            LightControlCallBackMQ callback;
            callback = ControlSystem.Publish;
            callback += FirstFloorLight.lightController;
            callback += SecondFloorLight.lightController;

            //2.创建控制消息发布的实体对象,并且传入控制命令
            ControlSystem _controlHub = new ControlSystem("打开1楼灯光");
            //3. 发布消息
            _controlHub.CallBack(callback);

            System.Console.ReadKey();
        }
    }

3.3.代码演示效果

4.IL代码

4.1.什么是IL代码

IL 全称，Intermediate Language。使用.NET框架提供的编译器可以直接将源程序编译为.exe或.dll
文件，但此时编译出来的程序代码并不是CPU能直接执行的机器代码，而是一种中间语言IL（Intermediate
Language）的代码。而此代码会由.net框架的运行时去解释运行。

4.2.使用JetBrains公司给C#开发的Rider编译器打开IL代码

4.3.IL代码分析

4.3.1.委托类

在main函数之前，IL会先初始化一个委托类 LightControlCallBackMQ，该类主要由当前调用方法Invoke()，
起始调用方法BeginInvoke(),最终调用方法EndInvoke()三个方法组成，这三个方法加上链表算法能够实现多个
委托之间的委托链组织。

  .class nested public sealed auto ansi
    LightControlCallBackMQ
      extends [System.Runtime]System.MulticastDelegate
  {

    .method public hidebysig specialname rtspecialname instance void
      .ctor(
        object 'object',
        native int 'method'
      ) runtime managed
    {
      // Can't find a body
    } // end of method LightControlCallBackMQ::.ctor

    .method public hidebysig virtual newslot instance void
      Invoke(
        string msg
      ) runtime managed
    {
      // Can't find a body
    } // end of method LightControlCallBackMQ::Invoke

    .method public hidebysig virtual newslot instance class [System.Runtime]System.IAsyncResult
      BeginInvoke(
        string msg,
        class [System.Runtime]System.AsyncCallback callback,
        object 'object'
      ) runtime managed
    {
      // Can't find a body
    } // end of method LightControlCallBackMQ::BeginInvoke

    .method public hidebysig virtual newslot instance void
      EndInvoke(
        class [System.Runtime]System.IAsyncResult result
      ) runtime managed
    {
      // Can't find a body
    } // end of method LightControlCallBackMQ::EndInvoke
  } // end of class LightControlCallBackMQ

4.3.2.Program类中的main方法

  .method private hidebysig static void
    Main(
      string[] args
    ) cil managed
  {
    .entrypoint
    .maxstack 3
//在main方法中调用了两个类，一个委托类，一个是_controlHub类，用来发布控制消息
    .locals init (
      [0] class CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ callback,
      [1] class CallbackDelegate.ControlSystem _controlHub
    )
 
    // [9 9 - 9 10]
    IL_0000: nop

    // [12 13 - 12 46]
//指针清零，避免野指针的出现
    IL_0001: ldnull
//将指针指向ControlSystem实现Publish方法
//从这里看出委托就是通过底层指针去实现的
    IL_0002: ldftn        void CallbackDelegate.ControlSystem::Publish(string)
//实例化一个委托
    IL_0008: newobj       instance void CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ::.ctor(object, native int)
//从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 0 处的局部变量列表中。
//将委托地址存到指针变量中    
    IL_000d: stloc.0      // callback

    // [13 13 - 13 57]
//将索引 0 处的局部变量（这里）加载到计算堆栈上
//将0索引的变量处的委托存到栈上
    IL_000e: ldloc.0      // callback
//指针清零，避免野指针的出现
    IL_000f: ldnull
//将指针指向FirstFloorLight类中的lightController方法推送到栈上
    IL_0010: ldftn        void CallbackDelegate.FirstFloorLight::lightController(string)
//新建一个委托对象
    IL_0016: newobj       instance void CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ::.ctor(object, native int)
//调用委托合并方法Combine，这里也就是委托链管理的函数指针队列的本质了
    IL_001b: call         class [System.Runtime]System.Delegate [System.Runtime]System.Delegate::Combine(class [System.Runtime]System.Delegate, class [System.Runtime]System.Delegate)
//尝试将引用传递的对象转换为指定的类。castclass使代码可验证    
    IL_0020: castclass    CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ
//将委托类方法地址存到指针变量中  
    IL_0025: stloc.0      // callback

    // [14 13 - 14 58]
//将最新的委托类地址存到栈中  
    IL_0026: ldloc.0      // callback
//指针清零，避免野指针的出现
    IL_0027: ldnull
//将实现SecondFloorLight类中的lightController方法推送到栈上
    IL_0028: ldftn        void CallbackDelegate.SecondFloorLight::lightController(string)
//新建一个委托对象
    IL_002e: newobj       instance void CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ::.ctor(object, native int)
//调用委托合并方法Combine，这里也就是委托链管理的函数指针队列的本质了
    IL_0033: call         class [System.Runtime]System.Delegate [System.Runtime]System.Delegate::Combine(class [System.Runtime]System.Delegate, class [System.Runtime]System.Delegate)
//尝试将引用传递的对象转换为指定的类。castclass使代码可验证    
    IL_0038: castclass    CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ
//从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 0 处的局部变量列表中。
    IL_003d: stloc.0      // callback

    // [17 13 - 17 69]
//定义字符串引用"打开1楼灯光"
    IL_003e: ldstr        "打开1楼灯光"
//实例化ControlSystem命名_controlHub
    IL_0043: newobj       instance void CallbackDelegate.ControlSystem::.ctor(string)
//取当前_controlHub对象地址 存到变量中
    IL_0048: stloc.1      // _controlHub

    // [19 13 - 19 44]
//将_controlHub存到栈中
    IL_0049: ldloc.1      // _controlHub
//将0索引处的指针变量（即委托）存如栈中
    IL_004a: ldloc.0      // callback

//对对象调用后期绑定方法，并且将返回值推送到计算堆栈上。
//调用_controlHub中的CallBack方法，而在CallBack中会直接调用委托链上的方法
    IL_004b: callvirt     instance void CallbackDelegate.ControlSystem::CallBack(class CallbackDelegate.Program/LightControlCallBackMQ)
    IL_0050: nop

    // [21 13 - 21 38]
    IL_0051: call         valuetype [System.Console]System.ConsoleKeyInfo [System.Console]System.Console::ReadKey()
    IL_0056: pop

    // [22 9 - 22 10]
    IL_0057: ret

  } // end of method Program::Main

5.委托到底本质是什么？

它是一个类，指针变量栈，通过委托链来管理。存在栈上，委托的调用顺序是队列形式，即先进先出。给委托
增加方法时，本质是先实例化一个委托，再通过combine方法与原委托进行首尾结合（类似链表形式），最终
通过原委托的当前调用方法Invoke()，起始调用方法BeginInvoke(),最终调用方法EndInvoke()三个方法来管理委托链上的方法
调用。

6.回调的应用场景

6.1.远程rpc

mqtt或者其他网络协议库(如newlife.Net或者dotNetty等)消息接收调用。
例子：
mqtt心跳回调处理

6.2.作为进程内类与类之间的相互调用的媒介

特别是需要高性能，事件型驱动的场景。

6.3.基于内存级别的消息订阅发布者模式

基本文中的例子3.2

7.回调，委托，指针三者之间的关系

指针是底层方法之间调用的媒介，委托是指针的一个队列，可以将不同类的方法加入到此队列中，进行顺序调用，
回调是一个概念，即调用函数，可通过委托去调用函数，是回调的一个例子。

8.小结

8.1.IL代码中call与callvirt的区别

若使用callvirt，则返回的是SubClasses，使用call返回的是ParentClass。因为委托链需要母子传递
下去，所以需要用callvirt来调用委托方法。

8.2.委托链

BeginInvoke()方法最终会通过指针指向Invoke()方法地址，Invoke()最终会通过指针指向EndInvoke()
方法地址，而EndInvoke()最终会地址指向委托链上下一个委托的BeginInvoke()调用地址，如此类似链表
的组织形式，形成了委托链调用。

9.参考

建议neter们应该有事没事多看看看自己写的代码的IL，给个查询IL指令集的链接
.net IL 指令速查
本人提供的回调函数git下载链接

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