.NET中的beforefieldinit与静态构造函数

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前言

使用CIL反编译代码时，经常会发现有些类（class）被标记了beforefieldinit，另外一些类则没有此标记。这个beforefieldinit修饰符到底有什么作用？本文将尝试一探究竟。

一、实例构造器.ctor和类构造器.cctor

介绍beforefieldinit修饰符之前，有必要先介绍一下实例构造器（instance constructor）和类构造器（class constructor）。
先看一个我们再熟悉不过的例子：

//解决方案：CILTest
public class MyClass
{
   
    public static int age; //静态（类）字段
    public string name;    //普通（实例）字段

    static MyClass() {
    age = 18; }  //静态构造函数 class constructor
    public MyClass(string name)     //实例构造函数 instance constructor
    {
   
        this.name = name;
    }
}

class FunctionTest
{
   
    static void Main()
    {
   
        MyClass myClass = new MyClass("Robert");
    }
}

这里例子中，有两点需要引起注意：

• 首先，静态构造器必须是无参的，不能使用类型修饰符（如int, string, void等），也不能使用访问修饰符（如public, private）。因为无返回值，无参数，方法名称唯一，所以签名已经固定，不会存在重载，一个类中最多只能有一个静态构造函数。实例构造函数没有这些限制，所以可以有1或多个重载（一般通过使用不同参数列表来实现）。
• 其次，实例构造函数不仅可以初始化实例成员，也可以初始化静态成员；但而静态构造函数只能初始化静态成员，否则会报语法错误。

一、C#与CIL

C#源程序经过编译器csc编译后（Visual Studio实际是使用MsBuild调用的csc.exe），会生成以dll为扩展名的二进制字节码文件，比如本例代码会被编译成CILTest.dll（注意：对于.NET Framework应用程序来说，如果针对Windows平台，Visual Studio会将其编译成exe。但对于.NET，因为是跨平台框架，所以所有应用都是编译成dll。当然Windows环境下也会生成一个exe，但它其实只是一个dll文件启动器，真实代码还是在dll中）。托管dll文件格式是标准PE/COFF文件格式的扩展，其中包含了C#被编译后生成的CIL字节码。
备注：CIL语言是.NET平台的底层语言，无论C#, Visual Basic抑或F#，都是被编译成CIL语言而非本机代码，这些CIL字节码最后会被CLR的即时编译器Jitter在运行时编译成本机代码执行。所以，CIL这种中间语言是平台（操作系统）及架构（CPU）无关的，基于栈的非常简单易用的中间语言，在它的加持下，跨平台才成为可能。
使用反编译工具（ILSpy）可以查看dll文件中的CIL语言代码，比如用ILSpy打开上面的CILTest.dll示例，选中MyClass类，就可以看到CIL代码格式定义的MyClass（为方便不熟悉CIL的同学，简单加了些许注释）：

.class public auto ansi MyClass extends [System.Runtime]System.Object
{
   
	.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.NullableContextAttribute::.ctor(uint8) = (
		01 00 01 00 00
	)
	.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.NullableAttribute::.ctor(uint8) = (
		01 00 00 00 00
	)
	// Fields
	.field public static int32 age
	.field public string name

	// Methods
	.method private hidebysig specialname rtspecialname static 
		void .cctor () cil managed 
	{
   
		// Method begins at RVA 0x2050
		// Header size: 1
		// Code size: 9 (0x9)
		.maxstack 8

		/* 0x00002051 00                 */ IL_0000: nop
		/* 0x00002052 1F12               */ IL_0001: ldc.i4.s 18 //将整数18压如求值栈
		/* 0x00002054 8001000004         */ IL_0003: stsfld int32 MyClass::age  //将求值栈中的18保存到age字段
		/* 0x00002059 2A                 */ IL_0008: ret
	} // end of method MyClass::.cctor

	.method public hidebysig specialname rtspecialname 
		instance void .ctor (
			string name
		) cil managed 
	{
   
		// Method begins at RVA 0x205a
		// Header size: 1
		// Code size: 16 (0x10)
		.maxstack 8

		/* 0x0000205B 02                 */ IL_0000: ldarg.0 //将第1个参数（this指针）压入求值栈
		/* 0x0000205C 280E00000A         */ IL_0001: call instance void [System.Runtime]System.Object::.ctor() //调用父类构造函数
		/* 0x00002061 00                 */ IL_0006: nop //空操作
		/* 0x00002062 00                 */ IL_0007: nop
		/* 0x00002063 02                 */ IL_0008: ldarg.0  
		/* 0x00002064 03                 */ IL_0009: ldarg.1 //将第2个参数（name）压入求值栈
		/* 0x00002065 7D02000004         */ IL_000a: stfld string MyClass::name //将参数值保存到name字段
		/* 0x0000206A 2A                 */ IL_000f: ret
	} // end of method MyClass::.ctor

} // end of class MyClass

从上面的CIL代码中，我们可以找到MyClass类，也可以找到name和age字段，唯独找不到两个构造函数static MyClass()和public MyClass(string name)。这是因为，CIL语言规定：实例构造函数名称一律使用.ctor（constructor的简写），静态构造函数名称一律使用.cctor（class constructor的简写）。因此，在C#中使用类型名作为类的构造函数是C#语法的规定，一旦被编译器编译成CIL字节码，就必须遵循CIL语言规定了。

二、最简单的类

为了研究的目的，我们首先放弃上述示例，重新创建一个最简单的类，如下所示：

public class MyClass{
   
}

显然，这个MyClass类中什么内容都没有写。接下来我们看看它会对应什么模样的CIL：

.class public auto ansi beforefieldinit MyClass
	extends [System.Runtime]System.Object
{
   
	// Methods
	.method public hidebysig specialname rtspecialname 
		instance void .ctor () cil managed 
	{
   
		// Method begins at RVA 0x2050
		// Header size: 1
		// Code size: 8 (0x8)