C#语法糖系列第一篇：聊聊 params 参数底层玩法

首先说说为什么要写这个系列，大概有两点原因。

这种文章阅读量确实高...
对 IL 和汇编代码的学习巩固

所以就决定写一下这个系列，如果大家能从中有所收获，那就更好啦！.

一：params 应用层玩法

首先上一段 测试代码。

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Test(100, 200, 300);
            Test();
        }

        static void Test(params int[] list)
        {
            Console.WriteLine($"list.length={list.Length}");
        }
    }

输出结果如下：

C#语法糖系列第一篇：聊聊 params 参数底层玩法

可以看出如果给 方法形参 加上 params 前缀，在传递 方法实参 上就特别灵活，点赞。

接下来我们来看看，这么灵活的 实参传递 底层到底是怎么玩的？我们先从 IL 层面探究下。

二：IL 层面解读

用 ILSpy 打开我们的 exe ，看看 IL 代码

.method private hidebysig static 
 void Main (
  string[] args
 ) cil managed 
{
 // Method begins at RVA 0x2050
 // Code size 37 (0x25)
 .maxstack 8
 .entrypoint

 IL_0000: nop
 IL_0001: ldc.i4.3
 IL_0002: newarr [mscorlib]System.Int32
 IL_0007: dup
 IL_0008: ldtoken field valuetype '<PrivateImplementationDetails>'/'__StaticArrayInitTypeSize=12' '<PrivateImplementationDetails>'::'9AC9CF706FBD14D039E0436219C5D852927E5F69295F2EF423AE897345197B2A'
 IL_000d: call void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.RuntimeHelpers::InitializeArray(class [mscorlib]System.Array, valuetype [mscorlib]System.RuntimeFieldHandle)
 IL_0012: call void ConsoleApp2.Program::Test(int32[])
 IL_0017: nop
 IL_0018: ldc.i4.0
 IL_0019: newarr [mscorlib]System.Int32
 IL_001e: call void ConsoleApp2.Program::Test(int32[])
 IL_0023: nop
 IL_0024: ret
} // end of method Program::Main

.method private hidebysig static 
 void Test (
  int32[] list
 ) cil managed 
{
 .param [1]
  .custom instance void [mscorlib]System.ParamArrayAttribute::.ctor() = (
   01 00 00 00
  )
 // Method begins at RVA 0x2076
 // Code size 26 (0x1a)
 .maxstack 8

 IL_0000: nop
 IL_0001: ldstr "list.length={0}"
 IL_0006: ldarg.0
 IL_0007: ldlen
 IL_0008: conv.i4
 IL_0009: box [mscorlib]System.Int32
 IL_000e: call string [mscorlib]System.String::Format(string, object)
 IL_0013: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
 IL_0018: nop
 IL_0019: ret
} // end of method Program::Test

上面是 Main 和 Test 方法的IL代码，我们逐一看一下。

1. Test 方法

从 int32[] list 参数看并没有所谓的 params，这也就说明它是 C#编译器 玩的一个手段而已，在方法调用前就已经构建好了。

2. Main方法

可以看到 IL 层面的 Test(100, 200, 300) 已经变成了下面五行代码。

 IL_0002: newarr [mscorlib]System.Int32
 IL_0007: dup
 IL_0008: ldtoken field valuetype '<PrivateImplementationDetails>'/'__StaticArrayInitTypeSize=12' '<PrivateImplementationDetails>'::'9AC9CF706FBD14D039E0436219C5D852927E5F69295F2EF423AE897345197B2A'
 IL_000d: call void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.RuntimeHelpers::InitializeArray(class [mscorlib]System.Array, valuetype [mscorlib]System.RuntimeFieldHandle)
 IL_0012: call void ConsoleApp2.Program::Test(int32[])

逻辑大概就是:

用 newarr 构建初始化 int[] 数组。
用 ldtoken 从程序元数据中提取 1,2,3。
用 InitializeArray 来将 1，2，3 构建到数组中。

有了这些指令，我相信 JIT 就知道怎么做了。

再看 Test() 的 IL 指令只有一行 newarr [mscorlib]System.Int32 初始化。

所以本质上来说，就是提前构建好 array，然后进行参数传递，仅此而已。。。

三：汇编层面解读

有了 newarr + ldtoken + call 三条指令，接下来我们读一下汇编层做了什么，使用 windbg 打开 exe，简化后的汇编代码如下：

0:000> !U /d 009b0848
Normal JIT generated code
ConsoleApp2.Program.Main(System.String[])
Begin 009b0848, size 77

D:\net5\ConsoleApp4\ConsoleApp2\Program.cs @ 14:
>>> 009b0848 55              push    ebp
009b0849 8bec            mov     ebp,esp
009b084b 83ec10          sub     esp,10h
009b084e 33c0            xor     eax,eax
009b0850 8945f4          mov     dword ptr [ebp-0Ch],eax
009b0853 8945f8          mov     dword ptr [ebp-8],eax
009b0856 8945f0          mov     dword ptr [ebp-10h],eax
009b0859 894dfc          mov     dword ptr [ebp-4],ecx
009b085c 833df042710000  cmp     dword ptr ds:[7142F0h],0
009b0863 7405            je      009b086a
009b0865 e816f55264      call    clr!JIT_DbgIsJustMyCode (64edfd80)
009b086a 90              nop

D:\net5\ConsoleApp4\ConsoleApp2\Program.cs @ 15:
009b086b b95e186763      mov     ecx,offset mscorlib_ni!System.Text.Encoding.GetEncodingCodePage(Int32)$##6006719 <PERF> (mscorlib_ni+0x185e) (6367185e)
009b0870 ba03000000      mov     edx,3
009b0875 e8b229d5ff      call    0070322c (JitHelp: CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC)
009b087a 8945f4          mov     dword ptr [ebp-0Ch],eax
009b087d b9e04d7100      mov     ecx,714DE0h
009b0882 e819c91f64      call    clr!JIT_GetRuntimeFieldStub (64bad1a0)
009b0887 8945f8          mov     dword ptr [ebp-8],eax
009b088a 8d45f8          lea     eax,[ebp-8]
009b088d ff30            push    dword ptr [eax]
009b088f 8b4df4          mov     ecx,dword ptr [ebp-0Ch]
009b0892 e8f9c61f64      call    clr!ArrayNative::InitializeArray (64bacf90)
009b0897 8b4df4          mov     ecx,dword ptr [ebp-0Ch]
009b089a ff15904d7100    call    dword ptr ds:[714D90h] (ConsoleApp2.Program.Test(Int32[]), mdToken: 06000002)
009b08a0 90              nop

D:\net5\ConsoleApp4\ConsoleApp2\Program.cs @ 16:
009b08a1 b95e186763      mov     ecx,offset mscorlib_ni!System.Text.Encoding.GetEncodingCodePage(Int32)$##6006719 <PERF> (mscorlib_ni+0x185e) (6367185e)
009b08a6 33d2            xor     edx,edx
009b08a8 e87f29d5ff      call    0070322c (JitHelp: CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC)
009b08ad 8945f0          mov     dword ptr [ebp-10h],eax
009b08b0 8b4df0          mov     ecx,dword ptr [ebp-10h]
009b08b3 ff15904d7100    call    dword ptr ds:[714D90h] (ConsoleApp2.Program.Test(Int32[]), mdToken: 06000002)
009b08b9 90              nop

D:\net5\ConsoleApp4\ConsoleApp2\Program.cs @ 17:
009b08ba 90              nop
009b08bb 8be5            mov     esp,ebp
009b08bd 5d              pop     ebp
009b08be c3              ret

1. newarr

可以很清楚的看到，newarr 调用了 CLR 中的jithelper函数 CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC 下的 JIT_NewArr1 方法，大家有兴趣可以看下 jitheapler.cpp，调用完之后，初始化数组就出来了。

C#语法糖系列第一篇：聊聊 params 参数底层玩法

从dp看，数组只申明了 length=3,还并没有数组元素，也就说所谓的初始化。

2. ldtoken & InitializeArray

刚才也说到了, ldtoken 是在运行时提取元数据，那就必须要解析 PE 头，在 clr 层面有一个 PEDecoder::GetRvaData 方法就是用来解析运行时数据，它是发生在 ArrayNative::InitializeArray 方法中，所以我们下两个 bu 命令拦截。

0:000> bu clr!ArrayNative::InitializeArray
0:000> bu clr!PEDecoder::GetRvaData
0:000> g
Breakpoint 3 hit
eax=0019f500 ebx=0019f5ac ecx=024c2338 edx=006fb930 esi=00000000 edi=0019f520
eip=64bacf90 esp=0019f4f0 ebp=0019f508 iopl=0         nv up ei pl zr na pe nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000246
clr!ArrayNative::InitializeArray:
64bacf90 6a78            push    78h
0:000> g
Breakpoint 0 hit
eax=00713448 ebx=00624044 ecx=0071344c edx=0071dc28 esi=00624044 edi=00624de0
eip=64befcfc esp=0019f400 ebp=0019f410 iopl=0         nv up ei pl zr na pe nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000246
clr!PEDecoder::GetRvaData:
64befcfc 55              push    ebp
0:000> k 
 # ChildEBP RetAddr      
00 0019f410 64b63be5     clr!PEDecoder::GetRvaData
01 0019f410 64b63bb3     clr!Module::GetRvaField+0x40
02 0019f44c 64bad0a7     clr!FieldDesc::GetStaticAddressHandle+0xdd
03 0019f4ec 00680897     clr!ArrayNative::InitializeArray+0x11a
0:000> bp 64b63be5
0:000> g
eax=00402928 ebx=00624044 ecx=0071344c edx=0071dc28 esi=00624044 edi=00624de0
eip=64b63be5 esp=0019f40c ebp=0019f410 iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000206
clr!Module::GetRvaField+0x40:
64b63be5 5e              pop     esi

从输出看，上面的 GetRvaField 方法的返回值会送到 eax 上，接下来我们验证下 eax 上的值是不是参数 100，200，300 。

0:000> dp eax L3
00402928  00000064 000000c8 0000012c

上面三个就是 16进制的表示，接下来我们再验证下这三个值是怎么赋到初始化数组中的，可以用 ba 命令对内存地址进行拦截。

0:000> ba r4 023e2338 + 0x8
0:000> ba r4 023e2338 + 0x8 + 0x4
0:000> ba r4 023e2338 + 0x8 + 0x4 + 0x4
0:000> g
Breakpoint 3 hit
eax=0000000c ebx=00000000 ecx=00000003 edx=00000064 esi=00402928 edi=023e2340
eip=6a91d68b esp=0019f440 ebp=0019f4ec iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000206
VCRUNTIME140_CLR0400!memcpy+0x50b:
6a91d68b 83c704          add     edi,4
0:000> g
Breakpoint 4 hit
eax=0000000c ebx=00000000 ecx=00000002 edx=000000c8 esi=0040292c edi=023e2344
eip=6a91d68b esp=0019f440 ebp=0019f4ec iopl=0         nv up ei pl nz na po nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
VCRUNTIME140_CLR0400!memcpy+0x50b:
6a91d68b 83c704          add     edi,4
0:000> g
Breakpoint 5 hit
eax=0000000c ebx=00000000 ecx=00000001 edx=0000012c esi=00402930 edi=023e2348
eip=6a91d68b esp=0019f440 ebp=0019f4ec iopl=0         nv up ei pl nz na po nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
VCRUNTIME140_CLR0400!memcpy+0x50b:
6a91d68b 83c704          add     edi,4

0:000> dp 023e2338 L5
023e2338  6368426c 00000003 00000064 000000c8
023e2348  0000012c

接下来稍微解释下 ba r4 023e2338 + 0x8 命令。

023e2338 是初始化数组的首地址。
023e2338+0x8 初始化数组第一个元素的地址。
023e2338 + 0x8 + 0x4 初始化数组第二个元素的地址。
r4 按4byte对地址块读写进行监控。

当三个断点命中后，可以看到初始化数组 023e2338 上的三个元素值都已经填上了，就说这么多吧，相信大家对 params 机制有一定的理解。

一：params 应用层玩法

二：IL 层面解读

1. Test 方法

2. Main方法

三：汇编层面解读

1. newarr

2. ldtoken & InitializeArray

董川民