vtable C#

Program.cs

using System.Text;

// https://pnguyen.au/posts/virtual-new-override-csharp/
// https://habr.com/ru/companies/clrium/articles/344556/ !!!
// https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/coreclr/vm/methodtable.h

class Dog
{
    // в clr кожен об'єкт так само має прихований "вказівник" на таблицю в.методів (methodtable) на початку - як __vfptr у c++.
    // ця таблиця статична для класу і містить адреси віртуальних методів (vtable слоти).
    // якби це було явно в c#, могло б називатися __methodtableptr, аналог __vfptr.

    public string? name;
    public int age;

    public Dog()
    {
        // clr автоматично ініціалізує поля на null/0
    }

    /* dog.ctor в il (.net 9, компілятор генерує такий байт-код):
       .method public hidebysig specialname rtspecialname 
            instance void .ctor() cil managed
       {
         .maxstack 8
         ldarg.0      // завантажити this (об'єкт, що створюється) на стек - це посилання на новий об'єкт, як this у c++
         call instance void [System.Private.CoreLib]System.Object::.ctor()  // виклик базового конструктора object - clr ініціалізує об'єкт, встановлює methodtable на dog::methodtable
         ldarg.0      // завантажити this знову
         ldnull       // завантажити null (порожній рядок)
         stfld string Dog::name  // зберегти null у поле name - поля ініціалізуються за замовчуванням
         ldarg.0      // завантажити this
         ldc.i4.0     // завантажити число 0
         stfld int32 Dog::age    // зберегти 0 у поле age
         ret          // повернути - об'єкт готовий, methodtable вже встановлена clr
       }
       // clr loader (завантажувач) при завантаженні класу заповнює dog::methodtable слотами: наприклад, слот для guard = адреса коду dog::guard.
    */

    public virtual void Guard()
    {
        Console.WriteLine("Dog::Охороняти()");
    }

    public virtual void Bark()
    {
        Console.WriteLine("Dog::Гавкати()");
    }
}

class Sheepdog : Dog
{
    // похідний клас успадковує methodtable від dog, але clr оновлює слоти для перевизначених методів (override).
    // наприклад, слот guard тепер вказує на sheepdog::guard, а не dog::guard.

    public int sheepdog_field;

    // явний конструктор sheepdog - викликає базовий, потім ініціалізує свої поля.
    public Sheepdog() : base()
    {
        // логіка для похідного класу, якщо потрібно.
    }

    /* sheepdog.ctor в il (.net 9):
       .method public hidebysig specialname rtspecialname 
            instance void .ctor() cil managed
       {
         .maxstack 8
         ldarg.0      // завантажити this
         call instance void Dog::.ctor()  // виклик базового dog.ctor - ініціалізує поля dog, встановлює methodtable на dog::methodtable тимчасово
         ldarg.0      // завантажити this
         ldc.i4.0     // завантажити 0
         stfld int32 Sheepdog::sheepdog_field  // ініціалізувати поле sheepdog_field
         ldarg.0      // завантажити this востаннє
         ldsflda valuetype [System.Private.CoreLib]System.Type Sheepdog::type_handle  // завантажити адресу типу (але clr автоматично встановлює methodtable)
         // насправді clr після виклику base перезаписує methodtable на sheepdog::methodtable з оновленими слотами для override
         ret
       }
       // loader копіює pvtable від dog, але замінює слоти для перевизначених методів на sheepdog версії.
    */

    public override void Guard()
    {
        Console.WriteLine("Sheepdog::Охороняти()");
    }

    public override void Bark()
    {
        Console.WriteLine("Sheepdog::Гавкати()");
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.OutputEncoding = Encoding.UTF8;

        // створення sheepdog m в il (.net 9):
        // newobj instance void Sheepdog::.ctor()  // clr: виділити пам'ять за розміром sheepdog, викликати ctor (встановити methodtable на sheepdog::)
        // stloc.0  // зберегти в змінну m

        Sheepdog m = new Sheepdog();

        // створення dog d:
        // newobj instance void Dog::.ctor()  // виділити, викликати ctor (встановити dog::methodtable)

        Dog d = new Dog();  // clr: виділити пам'ять, встановити methodtable для dog

        // виклик d.guard() в il (.net 9):
        // ldloc.1      // завантажити d (this) на стек
        // callvirt instance void Dog::Guard()  // віртуальний виклик: clr шукає в methodtable слот guard і викликає відповідний метод
        // callvirt - це динамічний диспетч, як (*(this->__vfptr[0]))() у c++, але через слоти в таблиці класу

        d.Guard(); // callvirt instance void dog::guard() - il

        // як clr виконує callvirt (приклад jit на x64, .net 9):
        // this (rcx) перевіряється на null
        // mov rax, [rcx]  ; завантажити methodtable з offset 0 об'єкта (як __vfptr)
        // mov rax, [rax + offset_слоту_guard]  ; завантажити адресу методу з vtable (наприклад, offset 0x48 у methodtable)
        // call rax  ; виклик методу за адресою
        // для non-virtual - прямий виклик, але virtual з override - динамічний пошук

        // аналогічно для bark:
        // ldloc.1
        // callvirt instance void Dog::Bark()

        d.Bark(); // аналогічно для слоту bark
    }
}