.net中如何以纯二进制的形式在内存中绘制一个对象.docx

第

.net中如何以纯二进制的形式在内存中绘制一个对象

目录一、引用类型实例的内存布局二、以二进制的形式创建对象三、字节数组与实例状态的同一性四、ObjHeader针对哈希被同步状态的缓存一个对象总是映射一块连续的内存序列（不考虑对象之间的引用关系），如果我们知道了引用类型实例的内存布局，以及变量引用指向的确切的地址，我们不仅可以采用纯二进制的方式在内存绘制一个指定引用类型的实例，还可以修改某个变量的值指向它，还能直接通过改变二进制内容来更新实例的状态。

一、引用类型实例的内存布局

从内存布局的角度来看，一个引用类型的实例由如下图所示的三部分组成：ObjHeader+TypeHandle+Fields。前置的ObjHeader用来缓存哈希值和同步状态（《如何将一个实例的内存二进制内容读出来？》具有对此的详细介绍），TypeHandle部分存储类型对应方法表（MethodTable）的地址，方法表可以视为针对类型的描述。也正是这部分内容的存在，运行时可以确定任何一个实例的真实类型，所以我们才说引用类型的实例是自描述（SelfDescribing）的。Fields用于存储实例每个字段的内容。

对于32位（x86）的机器来说，ObjHeader和TypeHandle的长度都是4字节。如果是64位（x64）的机器，用于存储方法表地址的TypeHandle需要8个字节来存储，但是ObjHeader依然是4个直接。考虑到内存对齐，需要前置4个字节的Padding。对于一个不为null的应用类型变量来说，它存储的是实例的内存地址。但是这个地址并不是实例所在内存的首地址（ObjHeader），而是TypeHandle部分的地址。

二、以二进制的形式创建对象

既然我们已经知道了引用类型实例的内存布局，也知道了引用指向的确切的地址，我们不仅可以采用纯二进制的方式在内存绘制一个指定引用类型的实例，还可以修改某个变量的值指向它。具体的实现体现在如下所示的Create方法中，该方法根据指定的属性值创建一个Foobar对象。除了用来提供两个属性值的foo、bar参数之外，它还通过输出参数bytes返回整个实例的字节序列。

varfoobar=Create(1,2,outvarbytes);

Debug.Assert(foobar.Foo==1);

Debug.Assert(foobar.Bar==2);

staticunsafeFoobarCreate(intfoo,intbar,outbyte[]bytes)

Foobarfoobar=null!;

bytes=newbyte[24];

BinaryPrimitives.WriteInt64LittleEndian(bytes.AsSpan(8),typeof(Foobar).TypeHandle.Value.ToInt64());

BinaryPrimitives.WriteInt32LittleEndian(bytes.AsSpan(16),foo);

BinaryPrimitives.WriteInt32LittleEndian(bytes.AsSpan(20),bar);

Unsafe.Write(Unsafe.AsPointer(reffoobar),newIntPtr(Unsafe.AsPointer(refbytes[8])));

returnfoobar;

publicclassFoobar

publicintFoo{get;set;}

publicintBar{get;set;}

}

根据上述针对内存布局的介绍，我们知道任何一个Foobar实例在x64机器中都映射位一段连续的24字节内存，所以Create方法创建了一个长度位24的字节数组。我们保持ObjHeader为空，所以我们从第8（zerobased）个字节开始写入Foobar类型对应TypeHandle的值（8字节），然后将指定的数据成员的值（int类型占据4个字节）填充到最后8个字节（由于两个字段的类型均为int，所以不需要添加额外的留白来确保内存对齐）。自此我们将凭空在内存中绘制了一个Foobar对象。由于x86机器采用小端字节序，所以二进制的写入最终是通过调用BinaryPrimitives的WriteInt32/64LittleEndian方法来完成的。

接下来我们定义一个Foobar类型的变量，并让它指向这个绘制的Foobar对象