Substring 在BCL和CLR里面搞了啥

楔子

还是做点事情，不要那么散漫。

本文以简单的Substring(int startindex,int Length)函数为例,来递进下它在托管和非托管的一些行为。

以下均为个人理解，如有疏漏请指正。

定义和实现

它的定义是在System.Runtime.dll里面

public string Substring(int startIndex, int length)
{
   throw null;
}

它的实现在System.Private.CoreLib.dll里面

  public string Substring(int startIndex, int length)
  {
    //此处省略一万字
     return InternalSubString(startIndex, length);
  }

继续来看下InternalSubString

private string InternalSubString(int startIndex, int length)
{
	string text = string.FastAllocateString(length);
	UIntPtr elementCount = (UIntPtr)text.Length;
	Buffer.Memmove<char>(ref text._firstChar, Unsafe.Add<char>(ref this._firstChar, (IntPtr)((UIntPtr)startIndex)), elementCount);
	return text;
}

FastAllocateString是个FCall函数（也就是微软提供的在托管里面调用非托管的一种方式，它的实际实现是在JIT里面）

	[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall)]
	internal static extern string FastAllocateString(int length);

Buffer.Memmove是个托管函数，它的作用主要是把FastAllocateString返回的string对象赋值为startIndex和elementCount中间的字符串。过程是利用了Unsafe.Add（它的定义在System.Runtime.CompilerServices，实现实在CLR里面）指针偏移来实现，过程比较简单，不赘述。

FastAllocateString

重点在于这个函数，这个函数进入到了非托管。它进入的方式是通过RyuJit加载这个方法的IL代码。然后对这个IL代码进行解析，重构成汇编代码。

它的非托管原型如下：

#define _DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALLS_BASE() \
    DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALL_IMPL(FastAllocateString,                FramedAllocateString) \

FramedAllocateString原型如下：

HCIMPL1(StringObject*, FramedAllocateString, DWORD stringLength)
{
    FCALL_CONTRACT;

    STRINGREF result = NULL;
    HELPER_METHOD_FRAME_BEGIN_RET_0();    // Set up a frame

    result = AllocateString(stringLength);

    HELPER_METHOD_FRAME_END();
    return((StringObject*) OBJECTREFToObject(result));
}
HCIMPLEND

注意了，FastAllocateString实际上调用的不是FramedAllocateString。因为在CLR启动加载的时候，FastAllocateString被替换成了FCall函数形式的调用

ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(GetEEFuncEntryPoint(AllocateStringFastMP_InlineGetThread), ECall::FastAllocateString);

DynamicallyAssignFCallImpl原型：

void ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(PCODE impl, DWORD index)
{
    CONTRACTL
    {
        NOTHROW;
        GC_NOTRIGGER;
        MODE_ANY;
    }
    CONTRACTL_END;

    _ASSERTE(index < NUM_DYNAMICALLY_ASSIGNED_FCALL_IMPLEMENTATIONS);
    g_FCDynamicallyAssignedImplementations[index] = impl;
}

可以看到FastAllocateString作为了索引Index,而他的实现是AllocateStringFastMP_InlineGetThread。

再来看下它的堆栈

>	coreclr.dll!ECall::DynamicallyAssignFCallImpl(unsigned __int64 0x00007ffdeed5df50, unsigned long 0x061b1d50)	C++
 	coreclr.dll!InitJITHelpers1()	C++
 	coreclr.dll!EEStartupHelper()	C++
 	coreclr.dll!`EEStartup'::`9'::__Body::Run(void * 0x0000000000000000)	C++
 	coreclr.dll!EEStartup()	C++
 	coreclr.dll!EnsureEEStarted()	C++
 	coreclr.dll!CorHost2::Start()	C++
 	coreclr.dll!coreclr_initialize(const char *

很明显它是在CLR初始化的时候被替代的

何时被调用

最后一个问题，既然FastAllocateString被替代了，那它何时被调用的呢？

在代码：

private string InternalSubString(int startIndex, int length)
{
	string text = string.FastAllocateString(length);
	UIntPtr elementCount = (UIntPtr)text.Length;
	Buffer.Memmove<char>(ref text._firstChar, Unsafe.Add<char>(ref this._firstChar, (IntPtr)((UIntPtr)startIndex)), elementCount);
	return text;
}

这里面调用了string.FastAllocateString函数，通过上面推断，实际上它已经被被替换了。注意了，但是替换之前，还得按照CLR内存模型进行运作调用。当我们调用InternalSubString的时候，里面调用了FastAllocateString，后者通过PrecodeFixupThunk来进行替换。

这点可以通过汇编验证：

System_Private_CoreLib!System.String.InternalSubString+0xc:
00007ffd`9a86132c 418bc8          mov     ecx,r8d
0:000> t
System_Private_CoreLib!System.String.InternalSubString+0xf:
00007ffd`9a86132f ff15b39f7e00    call    qword ptr [System_Private_CoreLib+0x9cb2e8 (00007ffd`9b04b2e8)] ds:00007ffd`9b04b2e8={coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread (00007ffd`9b20b3a0)}
0:000> t
coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread:
00007ffd`9b20b3a0 4c8b0d090d3400  mov     r9,qword ptr [coreclr!g_pStringClass (00007ffd`9b54c0b0)] ds:00007ffd`9b54c0b0=00007ffd3b6ed698

call    qword ptr [System_Private_CoreLib+0x9cb2e8 (00007ffd`9b04b2e8)] ds:00007ffd`9b04b2e8={coreclr!AllocateStringFastMP_InlineGetThread (00007ffd`9b20b3a0)}
就是直接调用了AllocateStringFastMP_InlineGetThread，然后跳转到后者的地址

AllocateStringFastMP_InlineGetThread

这个函数的作用实际上是申请内存，比如你 new 一个对象的时候，又或者本例，你需要一个新的字符串对象来存储截取的字符串。

作者：江湖评谈

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