为什么会find一个types的初始化器抛出一个NullReferenceException？

这让我难住了。 我试图优化一些testingNoda时间，我们有一些types初始值检查。 我想我会找出一个types是否有一个types初始值设定项（静态构造函数或具有初始化的静态variables）加载到一个新的AppDomain 。 令我惊讶的是，尽pipe在我的代码中没有空值，但是对此的一个小testing却抛出了NullReferenceException 。 它仅在编译时没有debugging信息时抛出exception。

下面是一个简短但完整的程序来演示这个问题： 

 using System; class Test { static Test() {} static void Main() { var cctor = typeof(Test).TypeInitializer; Console.WriteLine("Got initializer? {0}", cctor != null); } }

并编辑和输出的抄本： 

 c:\Users\Jon\Test>csc Test.cs Microsoft (R) Visual C# Compiler version 4.0.30319.17626 for Microsoft (R) .NET Framework 4.5 Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. c:\Users\Jon\Test>test Unhandled Exception: System.NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object. at System.RuntimeType.GetConstructorImpl(BindingFlags bindingAttr, Binder bin der, CallingConventions callConvention, Type[] types, ParameterModifier[] modifi ers) at Test.Main() c:\Users\Jon\Test>csc /debug+ Test.cs Microsoft (R) Visual C# Compiler version 4.0.30319.17626 for Microsoft (R) .NET Framework 4.5 Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved. c:\Users\Jon\Test>test Got initializer? True

现在你会注意到我正在使用.NET 4.5（候选版本） – 这可能与此有关。 对于我用其他各种原始框架（尤其是“vanilla”.NET 4）进行testing有点棘手，但如果其他人可以轻松地使用其他框架访问机器，我会对结果感兴趣。

其他详情：

  • 我在x64机器上，但x86和x64程序集都出现此问题
  • 这是调用代码的“debugging性”，即使在上面的testing案例中，它是在自己的程序集上进行testing，但是当我对Noda时间进行testing时，我不必重新编译NodaTime.dll以查看差异 – 只是Test.cs提到它。
  • 在Mono 2.10.8上运行“破碎”程序集不会丢失

有任何想法吗？ 框架错误？

编辑：Curiouser和curiouser。 如果你拿出Console.WriteLine调用： 

 using System; class Test { static Test() {} static void Main() { var cctor = typeof(Test).TypeInitializer; } }

现在只有在使用csc /o- /debug-编译时才会失败。 如果你打开优化，（ /o+ ）它的作品。 但是，如果按照原始方式包含Console.WriteLine调用，则两个版本都将失败。

用csc test.cs ： 

 (196c.1874): Access violation - code c0000005 (first chance) mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0xa3: 000007fe`e5735403 488b4608 mov rax,qword ptr [rsi+8] ds:00000000`00000008=????????????????

当@rsi为NULL时尝试从[rsi+8] @rsi 。 让我们来看看这个function： 

 0:000> ln 000007fe`e5735403 (000007fe`e5735360) mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0xa3 0:000> uf 000007fe`e5735360 Flow analysis was incomplete, some code may be missing mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[]): 000007fe`e5735360 53 push rbx 000007fe`e5735361 55 push rbp 000007fe`e5735362 56 push rsi 000007fe`e5735363 57 push rdi 000007fe`e5735364 4154 push r12 000007fe`e5735366 4883ec30 sub rsp,30h 000007fe`e573536a 498bf8 mov rdi,r8 000007fe`e573536d 8bea mov ebp,edx 000007fe`e573536f 48c744242800000000 mov qword ptr [rsp+28h],0 000007fe`e5735378 488bb42480000000 mov rsi,qword ptr [rsp+80h] 000007fe`e5735380 4889742420 mov qword ptr [rsp+20h],rsi 000007fe`e5735385 41b903000000 mov r9d,3 ... mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0x97: 000007fe`e57353f7 488b4b08 mov rcx,qword ptr [rbx+8] 000007fe`e57353fb 85c9 test ecx,ecx 000007fe`e57353fd 0f848e000000 je mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0x131 (000007fe`e5735491) mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0xa3: 000007fe`e5735403 488b4608 mov rax,qword ptr [rsi+8] 000007fe`e5735407 85c0 test eax,eax 000007fe`e5735409 7545 jne mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0xf0 (000007fe`e5735450) ...

@rsi从[rsp+20h]开始加载，因此必须由调用者传递。 让我们看看来电者： 

 0:000> k3 Child-SP RetAddr Call Site 00000000`001fec70 000007fe`8d450110 mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0xa3 00000000`001fecd0 000007fe`ecb6e073 image00000000_01120000!Test.Main()+0x60 00000000`001fed20 000007fe`ecb6dcb2 clr!CoUninitializeEE+0x7ae1f 0:000> ln 000007fe`8d450110 (000007fe`8d4500b0) image00000000_01120000!Test.Main()+0x60 0:000> uf 000007fe`8d4500b0 image00000000_01120000!Test.Main(): 000007fe`8d4500b0 53 push rbx 000007fe`8d4500b1 4883ec40 sub rsp,40h 000007fe`8d4500b5 e8a69ba658 call mscorlib_ni!System.Console.get_In() (000007fe`e5eb9c60) 000007fe`8d4500ba 4c8bd8 mov r11,rax 000007fe`8d4500bd 498b03 mov rax,qword ptr [r11] 000007fe`8d4500c0 488b5048 mov rdx,qword ptr [rax+48h] 000007fe`8d4500c4 498bcb mov rcx,r11 000007fe`8d4500c7 ff5238 call qword ptr [rdx+38h] 000007fe`8d4500ca 488d0d7737eeff lea rcx,[000007fe`8d333848] 000007fe`8d4500d1 e88acb715f call clr!CoUninitializeEE+0x79a0c (000007fe`ecb6cc60) 000007fe`8d4500d6 4c8bd8 mov r11,rax 000007fe`8d4500d9 48b92012531200000000 mov rcx,12531220h 000007fe`8d4500e3 488b09 mov rcx,qword ptr [rcx] 000007fe`8d4500e6 498b03 mov rax,qword ptr [r11] 000007fe`8d4500e9 4c8b5068 mov r10,qword ptr [rax+68h] 000007fe`8d4500ed 48c744242800000000 mov qword ptr [rsp+28h],0 000007fe`8d4500f6 48894c2420 mov qword ptr [rsp+20h],rcx 000007fe`8d4500fb 41b903000000 mov r9d,3 000007fe`8d450101 4533c0 xor r8d,r8d 000007fe`8d450104 ba38000000 mov edx,38h 000007fe`8d450109 498bcb mov rcx,r11 000007fe`8d45010c 41ff5228 call qword ptr [r10+28h] 000007fe`8d450110 48bb1032531200000000 mov rbx,12533210h 000007fe`8d45011a 488b1b mov rbx,qword ptr [rbx] 000007fe`8d45011d 33d2 xor edx,edx 000007fe`8d45011f 488bc8 mov rcx,rax 000007fe`8d450122 e829452e58 call mscorlib_ni!System.Reflection.ConstructorInfo.op_Equality(System.Reflection.ConstructorInfo, System.Reflection.ConstructorInfo) (000007fe`e5734650) 000007fe`8d450127 0fb6c8 movzx ecx,al 000007fe`8d45012a 33c0 xor eax,eax 000007fe`8d45012c 85c9 test ecx,ecx 000007fe`8d45012e 0f94c0 sete al 000007fe`8d450131 0fb6c8 movzx ecx,al 000007fe`8d450134 894c2430 mov dword ptr [rsp+30h],ecx 000007fe`8d450138 488d542430 lea rdx,[rsp+30h] 000007fe`8d45013d 488d0d24224958 lea rcx,[mscorlib_ni+0x682368 (000007fe`e58e2368)] 000007fe`8d450144 e807246a5f call clr+0x2550 (000007fe`ecaf2550) 000007fe`8d450149 488bd0 mov rdx,rax 000007fe`8d45014c 488bcb mov rcx,rbx 000007fe`8d45014f e81cab2758 call mscorlib_ni!System.Console.WriteLine(System.String, System.Object) (000007fe`e56cac70) 000007fe`8d450154 90 nop 000007fe`8d450155 4883c440 add rsp,40h 000007fe`8d450159 5b pop rbx 000007fe`8d45015a c3 ret

（我的反汇编显示System.Console.get_In因为我在test.cs中添加了一个Console.GetLine() ，有机会在debugging器中破解。我validation它不会改变行为）。

我们在这个电话中： 000007fe8d45010c 41ff5228 call qword ptr [r10+28h] （我们的AV帧ret地址就是这个call之后的指令）。

让我们比较一下当我们编译csc /debug test.cs时会发生什么。 我们可以设置一个bp 000007fee5735360 ，幸运的是模块加载在相同的地址。 在加载@rsi的指令上： 

 0:000> r rax=000007fee58e2f30 rbx=00000000027c6258 rcx=00000000027c6258 rdx=0000000000000038 rsi=00000000002debd8 rdi=0000000000000000 rip=000007fee5735378 rsp=00000000002de990 rbp=0000000000000038 r8=0000000000000000 r9=0000000000000003 r10=000007fee58831c8 r11=00000000002de9c0 r12=0000000000000000 r13=00000000002dedc0 r14=00000000002dec58 r15=0000000000000004 iopl=0 nv up ei pl nz na po nc cs=0033 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00000206 mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0x18: 000007fe`e5735378 488bb42480000000 mov rsi,qword ptr [rsp+80h] ss:00000000`002dea10=a0627c0200000000

请注意@rsi是00000000002debd8。 通过函数显示，这个地址将在不良的EXE炸弹（即@rsi不会改变）的地方稍后解除引用。 该堆栈非常有趣， 因为它显示了一个额外的框架 ： 

 0:000> k3 Child-SP RetAddr Call Site 00000000`002de990 000007fe`e5eddf68 mscorlib_ni!System.RuntimeType.GetConstructorImpl(System.Reflection.BindingFlags, System.Reflection.Binder, System.Reflection.CallingConventions, System.Type[], System.Reflection.ParameterModifier[])+0x18 00000000`002de9f0 000007fe`8d460119 mscorlib_ni!System.Type.get_TypeInitializer()+0x48 00000000`002dea30 000007fe`ecb6e073 good!Test.Main()+0x49*** WARNING: Unable to verify checksum for good.exe 0:000> ln 000007fe`e5eddf68 (000007fe`e5eddf20) mscorlib_ni!System.Type.get_TypeInitializer()+0x48 0:000> uf 000007fe`e5eddf20 mscorlib_ni!System.Type.get_TypeInitializer(): 000007fe`e5eddf20 53 push rbx 000007fe`e5eddf21 4883ec30 sub rsp,30h 000007fe`e5eddf25 488bd9 mov rbx,rcx 000007fe`e5eddf28 ba22010000 mov edx,122h 000007fe`e5eddf2d b901000000 mov ecx,1 000007fe`e5eddf32 e8d1a075ff call CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE (000007fe`e5638008) 000007fe`e5eddf37 488b88f0010000 mov rcx,qword ptr [rax+1F0h] 000007fe`e5eddf3e 488b03 mov rax,qword ptr [rbx] 000007fe`e5eddf41 4c8b5068 mov r10,qword ptr [rax+68h] 000007fe`e5eddf45 48c744242800000000 mov qword ptr [rsp+28h],0 000007fe`e5eddf4e 48894c2420 mov qword ptr [rsp+20h],rcx 000007fe`e5eddf53 41b903000000 mov r9d,3 000007fe`e5eddf59 4533c0 xor r8d,r8d 000007fe`e5eddf5c ba38000000 mov edx,38h 000007fe`e5eddf61 488bcb mov rcx,rbx 000007fe`e5eddf64 41ff5228 call qword ptr [r10+28h] 000007fe`e5eddf68 90 nop 000007fe`e5eddf69 4883c430 add rsp,30h 000007fe`e5eddf6d 5b pop rbx 000007fe`e5eddf6e c3 ret 0:000> ln 000007fe`8d460119

这个调用和我们以前见过的call qword ptr [r10+28h]是一样的，所以在坏的情况下，这个函数可能被内联在Main() ，所以有一个额外的框架的事实是一个红色的鲱鱼。 如果我们看看这个call qword ptr [r10+28h]的准备，我们注意到这个指令： mov qword ptr [rsp+20h],rcx 。 这是什么加载最终解除引用@rsi的地址。 在好的情况下，这是如何加载@rcx ： 

 000007fe`e5eddf32 e8d1a075ff call CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE (000007fe`e5638008) 000007fe`e5eddf37 488b88f0010000 mov rcx,qword ptr [rax+1F0h]

在不好的情况下，它看起来非常不同： 

 000007fe`8d4600d9 48b92012721200000000 mov rcx,12721220h 000007fe`8d4600e3 488b09 mov rcx,qword ptr [rcx]

这是非常不同的。 与调用CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE的好例子不同，优化后的代码从一个静态地址读取结果作为导致来自某个返回结构中偏移量为1F0某个成员的AV的关键指针。 当然12721220h包含NULL： 

 0:000> dp 12721220h L8 00000000`12721220 00000000`00000000 00000000`00000000 00000000`12721230 00000000`00000000 00000000`02722198 00000000`12721240 00000000`027221c8 00000000`027221f8 00000000`12721250 00000000`02722228 00000000`02722258

不幸的是我现在深入挖掘已经太晚了，CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE的CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE远不是微不足道的。 我发布这个希望有更多的CLR内部知识的人可以理解（正如你所看到的，我真的认为这个问题只是从本地指令POV和完全忽略IL）。

我相信我已经find了一些关于这个问题的新的有趣的发现，所以我决定把它们作为答案添加进来，同时承认他们并没有在原来的问题中解决“为什么会发生” 。 也许一个更了解涉及types内部运作的人可能会根据我发布的观察结果发布一个启发性的答案。

我也设法在我的机器上重现了这个问题，并且跟踪了由System.Type类实现的System.Runtime.InteropServices._Type接口的连接。

最初，我发现至less有三种解决方法来解决这个问题：

  1. 只需在Main方法中将Type为_Type ： 

     var cctor = ((_Type)typeof(Test)).TypeInitializer;

  2. 或者确保以前在方法中使用了方法1： 

     var warmUp = ((_Type)typeof(Test)).TypeInitializer; var cctor = ((Type)typeof(Test)).TypeInitializer;

  3. 或者通过向Test类添加一个静态字段并初始化它（将其转换为_Type ）： 

     static ConstructorInfo _dummy1 = (typeof(object) as _Type).TypeInitializer;

后来，我发现，如果我们不想在变通方法中涉及System.Runtime.InteropServices._Type接口，则问题不会通过以下方式发生：

  1. 添加一个静态字段到Test类并初始化它（不会将其转换为_Type ）： 

     static ConstructorInfo _dummy2 = typeof(object).TypeInitializer;

  2. 或者通过初始化cctorvariables本身作为类的静态字段： 

     static ConstructorInfo cctor = typeof(Test).TypeInitializer;

我期待着您的反馈。

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