探究C#訪問null字段會拋異常原因

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一：舉例說明 

namespace ConsoleApp2
{
    internal class Program
    {
        static Person person = null;
 
        static void Main(string[] args)
        {
            var age = person.age;
 
            Console.WriteLine(age);
        }
    }
 
    public class Person
    {
        public int age;
    }
}

由於 person 是一個 null 對象，很顯然這段代碼會拋異常，那為什麼會拋異常呢？要想找原因，需要從最底層的匯編研究起。

二：異常原理分析

1. 從匯編上尋找答案

可以使用 Visual Studio 2022 的反匯編窗口，觀察 var age = person.age; 處到底生成瞭什麼。

—————-  var age = person.age;   —————-
 
081D6154  mov         ecx,dword ptr ds:[4C41F4Ch]  
081D615A  mov         ecx,dword ptr [ecx+4]  
081D615D  mov         dword ptr [ebp-3Ch],ecx  

這三句匯編還是很好理解的，4C41F4Ch 存放的是 person 對象， ecx+4 是取 person.age，最後一句就是將 age 放在 ebp-3Ch 棧位置上，接下來我們來看下 null 時的 ecx 到底是多少，截圖如下：

從圖中可以看到，此時的 ecx=0000000，如果大傢瞭解 windows 的虛擬內存佈局，應該知道在虛擬內存的 0~0x0000ffff 范圍內是屬於 null 禁入區，凡是落在這個區一概屬訪問違例，畫個圖就像下面這樣。

到這裡原理就搞清楚瞭，因為 [ecx+4] = [4] 是落在這個 null 區所致， 但是。。。。 大傢有沒有發現一個問題，對，就是這裡的 [ecx+4]，因為這裡有一個 +4 偏移來取 age 字段，那我能不能在 person 中多定義一些字段，然後取最後一個字段從而從 null 區 沖出去。。。哈哈。

2. 真的可以沖出 null 區嗎

有瞭這個想法之後，我決定在 Person 類中定義 10w 個 age 字段，參考代碼如下：

namespace ConsoleApp2
{
    internal class Program
    {
        static Person person = null;
 
        static void Main(string[] args)
        {
            var str = @"public class Person
                        {
                            {0}
                        }";
 
            var lines = Enumerable.Range(0, 100000).Select(m => $"public int age{m};");
 
            var fields = string.Join("\n", lines);
 
            var txt = str.Replace("{0}", fields);
 
            File.WriteAllText("Person.cs", txt);
 
            Console.WriteLine("person.cs 生成完畢");
        }
    }
}

代碼執行後，Person.cs 就會如期生成，接下來讀取 person.age99999 看看有沒有奇跡發生，參考代碼如下：

    internal class Program
    {
        static Person person = null;
 
        static void Main(string[] args)
        {
            var age = person.age99999;
 
            Console.WriteLine(age);
        }
    }

我去，萬萬沒想到，把 ClassLoader 給弄崩瞭。。。。得，那隻能改 20000 個 age 試試看吧，參考代碼如下：

    internal class Program
    {
        static Person person = null;
 
        static void Main(string[] args)
        {
            var age = person.age19999;
 
            Console.WriteLine(age);
        }
    }

接下來我們將斷點放在 var age = person.age19999; 上繼續看反匯編代碼。

————- var age = person.age19999;  ————-
0804657E  mov         ecx,dword ptr ds:[49F1F4Ch]  
08046584  mov         dword ptr [ebp-40h],ecx  
08046587  mov         ecx,dword ptr [ebp-40h]  
0804658A  cmp         dword ptr [ecx],ecx  
0804658C  mov         ecx,dword ptr [ebp-40h]  
0804658F  mov         ecx,dword ptr [ecx+13880h]  
08046595  mov         dword ptr [ebp-3Ch],ecx  

從上面的匯編代碼可以看出幾點信息。

  • 匯編代碼行數多瞭。
  • ecx+13880h 沖出瞭 null 區（FFFF) 的邊界。

接下來單步調試匯編，發現在 cmp dword ptr [ecx],ecx 處拋瞭異常。。。

大傢都知道此時的 ecx 的地址是 0 ，從 ecx 上取內容肯定會拋訪問違例，而且這段代碼很詭異，一般來說 cmp 之後都是類似 jz,jnz 跳轉指令，而它僅僅是個半殘之句。。。

從這些特征看，這是 JIT 故意在取偏移之前嘗試判斷 ecx 是不是 null，動機不純哈。。。。

三：總結

從這些分析中可以得知，JIT 還是很智能的。

  • 當偏移值落在 0~FFFF 禁入區內，JIT 就不生成判斷代碼來減少代碼體積。
  • 在偏移值沖出瞭 0~FFFF 禁入區，JIT 不得不生成代碼來判斷。

到此這篇關於探究C#訪問null字段會拋異常原因的文章就介紹到這瞭,更多相關C# null字段異常內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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