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在显式结构中重叠几个CLR引用字段?

clr struct .net c#

thr · 技术社区 · 14 年前

编辑: 我很清楚这对值类型非常有效,我的具体问题是将它用于引用类型。

编辑2: 我还知道,不能在结构中覆盖引用类型和值类型,这仅适用于相互覆盖多个引用类型字段的情况。

我一直在修改.NET/C中的结构,我发现您可以这样做:

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ConsoleApplication1 {

    class Foo { }
    class Bar { }

    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    struct Overlaid {
        [FieldOffset(0)] public object AsObject;
        [FieldOffset(0)] public Foo AsFoo;
        [FieldOffset(0)] public Bar AsBar;
    }

    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            var overlaid = new Overlaid();
            overlaid.AsObject = new Bar();
            Console.WriteLine(overlaid.AsBar);

            overlaid.AsObject = new Foo();
            Console.WriteLine(overlaid.AsFoo);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

基本上避免了在运行时使用具有显式字段布局的结构进行动态转换,然后以正确的类型访问内部的对象。

现在我的问题是:这是否会导致内存泄漏,或者CLR内部的任何其他未定义行为?或者这是一个完全支持的约定,可以毫无问题地使用吗?

我知道这是clr的一个黑暗角落,在极少数特定的情况下,这种技术只是一种可行的选择。

5 回复 | 直到 11 年前

Marc Gravell 14 年前

如果没有运行时注入额外的检查,我看不到显式布局版本是如何验证的。 无论如何 ,因为它允许您看到对非声明类型的对象的非空引用。

这样更安全:

struct Overlaid { // could also be a class for reference-type semantics
    private object asObject;
    public object AsObject {get {return asObject;} set {asObject = value;} }
    public Foo AsFoo { get {return asObject as Foo;} set {asObject = value;} }
    public Bar AsBar { get {return asObject as Bar;} set {asObject = value;} }
}

没有被破坏的风险等,仍然只有一个领域。它不涉及任何有风险的代码等。特别是,它不会冒一些愚蠢的风险,比如:

    [FieldOffset(0)]
    public object AsObject;
    [FieldOffset(0)]
    public Foo AsFoo;
    [FieldOffset(1)]
    public Bar AsBar; // kaboom!!!!

另一个问题是,除非可以保证CPU模式,否则只能支持单个字段;偏移量0很容易,但如果需要多个字段并需要支持x86和x64,则会变得更复杂。

Hans Passant 14 年前

你发现了一个循环孔,clr允许这样做,因为所有重叠的字段都是对象。任何会让您直接处理对象引用的内容都会被类型加载异常拒绝:

  [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
  struct Overlaid {
    [FieldOffset(0)]
    public object AsObject;
    [FieldOffset(0)]
    public IntPtr AsPointer;
  }

但是你可以通过给类字段来利用它。只要您只是读取字段值,就不会发生真正的错误,例如,您可以通过这种方式获取跟踪句柄的值。

但是,编写这些字段会导致执行异常。不过,如果您能正确猜测跟踪句柄的值,我认为这是一个漏洞。但实际使用已经足够接近零了。

chakrit Dutchie432 14 年前

如果以不安全的方式对齐类型,运行时将引发 TypeLoadException 即使在编译时 /unsafe . 所以我认为你是安全的。

我猜——因为你可以用 StructLayout 编译你的代码 /不安全 标志——这是clr的一个特性。您只需要structlayout属性,因为c没有直接的方法来这样声明类型。

看看 this page 其中详细介绍了C结构转换为IL的一些方式,您会注意到有许多内存布局支持内置于IL/CLR本身。

Bruno Martinez 11 年前

由于垃圾收集器是非类型化的,并且只区分对象引用和普通位,重叠的引用不会混淆它。但是,虽然一个对象引用可以完全重叠另一个对象引用,但这是不可验证的,即不安全的(ECMA-335标准,第180页,II.10.7控制实例布局)。很容易构建一个程序,利用这种不可验证的能力以可怕的方式崩溃:

using System.Runtime.InteropServices;

class Bar
{
    public virtual void func() { }
}

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct Overlaid
{
    [FieldOffset(0)]
    public object foo;

    [FieldOffset(0)]
    public Bar bar;
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var overlaid = new Overlaid();
        overlaid.foo = new object();
        overlaid.bar.func();
    }
}

在这里,func调用从对象类的虚拟表的最后一个元素的前面加载一个函数指针。根据 this article 在vtbl后面有一个句柄表。将其视为函数指针会导致System.AccessViolationException。

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Matt Howells 14 年前

我不知道有什么问题。此外,我怀疑微软会允许这种使用,如果它是危险的,在一个不明显的方式。