Mengapa menemukan penginisialisasi tipe melempar NullReferenceException?

Ini membuat saya bingung. Saya mencoba untuk mengoptimalkan beberapa tes untuk Noda Time, di mana kami memiliki beberapa jenis initializer checking. Saya pikir saya akan mencari tahu apakah suatu tipe memiliki tipe initializer (konstruktor statis atau variabel statis dengan initializers) sebelum memuat semuanya ke yang baru AppDomain. Yang mengejutkan saya, tes kecil ini melemparkan NullReferenceException- meskipun tidak ada nilai null dalam kode saya . Ini hanya melempar pengecualian ketika dikompilasi tanpa informasi debug.

Berikut ini adalah program singkat namun lengkap untuk menunjukkan masalahnya:

using System;

class Test
{
    static Test() {}

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

Dan transkrip kompilasi dan keluaran:

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

Sekarang Anda akan melihat saya menggunakan .NET 4.5 (kandidat rilis) - yang mungkin relevan di sini. Agak sulit bagi saya untuk mengujinya dengan berbagai kerangka kerja asli lainnya (khususnya "vanilla". NET 4) tetapi jika ada orang lain yang memiliki akses mudah ke mesin dengan kerangka kerja lain, saya akan tertarik dengan hasilnya.

Detail lainnya:

• Saya menggunakan mesin x64, tetapi masalah ini terjadi pada rakitan x86 dan x64
• Itu adalah "debug-ness" dari kode panggilan yang membuat perbedaan - meskipun dalam kasus uji di atas itu menguji itu pada perakitan sendiri, ketika saya mencoba ini terhadap Noda Time saya tidak perlu mengkompilasi ulang NodaTime.dlluntuk melihat perbedaan - hanya Test.csyang disebut itu.
• Menjalankan rakitan "rusak" di Mono 2.10.8 tidak melempar

Ada ide? Kerangka bug?

EDIT: Ingin tahu dan ingin tahu. Jika Anda menerima Console.WriteLinepanggilan:

using System;

class Test
{
    static Test() {}

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

Sekarang hanya gagal ketika dikompilasi dengan csc /o- /debug-. Jika Anda mengaktifkan optimasi, ( /o+) itu berhasil. Tetapi jika Anda memasukkan Console.WriteLinepanggilan sesuai aslinya, kedua versi akan gagal.

dengan 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=????????????????

Mencoba memuat dari [rsi+8]kapan @rsiNULL. Mari kita periksa fungsinya:

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)
...

@rsidimuat di awal dari [rsp+20h]sehingga harus dilewati oleh pemanggil. Mari kita lihat si penelepon:

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

(Pembongkaran saya menunjukkan System.Console.get_Inkarena saya menambahkan Console.GetLine()dalam test.cs untuk memiliki kesempatan untuk istirahat di debugger. Saya memvalidasi itu tidak mengubah perilaku).

Kami dalam panggilan ini: 000007fe8d45010c 41ff5228 call qword ptr [r10+28h](alamat retensi bingkai AV kami adalah instruksi tepat setelah ini call).

Mari kita bandingkan ini dengan apa yang terjadi ketika kita kompilasi csc /debug test.cs. Kita dapat mengatur bp 000007fee5735360, untungnya modul memuat di alamat yang sama. Pada instruksi yang memuat @rsi:

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

Perhatikan bahwa @rsi00000000002debd8. Melangkah melalui fungsi menunjukkan bahwa ini alamat yang akan disensor nanti di tempat ketika bom exe buruk (mis. @rsiTidak berubah). Tumpukan ini sangat menarik karena menunjukkan bingkai tambahan :

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

Panggilannya sama dengan call qword ptr [r10+28h]yang telah kita lihat sebelumnya, jadi dalam kasus buruk fungsi ini mungkin diuraikan dalam Main(), jadi fakta bahwa ada bingkai tambahan adalah herring merah. Jika kita melihat persiapan ini call qword ptr [r10+28h]kita melihat instruksi ini: mov qword ptr [rsp+20h],rcx. Inilah yang memuat alamat yang akhirnya menjadi dereferensi @rsi. Dalam kasus yang baik, ini adalah bagaimana @rcxdimuat:

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

Dalam kasus buruk itu terlihat sangat berbeda:

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

Ini sangat berbeda. Tidak seperti kasus bagus yang memanggil CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE dan membaca apa yang berakhir sebagai pointer kritis yang menyebabkan AV dari beberapa anggota diimbangi 1F0dalam struktur pengembalian, kode yang dioptimalkan memuatnya dari alamat statis. Dan tentu saja 12721220h berisi 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

Sayangnya sudah terlambat bagi saya untuk menggali lebih dalam sekarang, ketidaksepakatan CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASEjauh dari sepele. Saya memposting ini dengan harapan seseorang yang lebih berpengetahuan di CLR internal dapat masuk akal (seperti yang Anda lihat, saya benar-benar mempertimbangkan masalah ini hanya dari instruksi asli POV dan IL yang sepenuhnya diabaikan).

Karena saya percaya saya telah menemukan beberapa temuan baru yang menarik tentang masalah tersebut, saya memutuskan untuk menambahkannya sebagai jawaban, mengakui pada saat yang sama bahwa mereka tidak membahas "mengapa itu terjadi" dalam pertanyaan awal. Mungkin seseorang yang tahu lebih banyak tentang cara kerja internal dari tipe-tipe yang terlibat mungkin memposting jawaban yang membangun berdasarkan juga pada pengamatan yang saya posting.

Saya juga berhasil mereproduksi masalah pada mesin saya dan saya telah melacak koneksi dengan System.Runtime.InteropServices._Type Interface , yang diimplementasikan oleh System.Typekelas.

Awalnya, saya telah menemukan setidaknya 3 pendekatan penyelesaian untuk memperbaiki masalah:

1. Cukup dengan melemparkan Typeke _Typedalam Mainmetode:

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

2. Atau memastikan bahwa pendekatan 1 digunakan sebelumnya di dalam metode:

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

3. Atau dengan menambahkan bidang statis ke Testkelas dan menginisialisasi (dengan casting ke _Type):

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

Kemudian, saya menemukan bahwa jika kita tidak ingin melibatkan System.Runtime.InteropServices._Typeantarmuka dalam workaround, masalahnya tidak terjadi dengan:

1. Menambahkan bidang statis ke Testkelas dan menginisialisasi (tanpa membuangnya _Type):

   static ConstructorInfo _dummy2 = typeof(object).TypeInitializer;

2. Atau dengan menginisialisasi cctorvariabel itu sendiri sebagai bidang statis kelas:

   static ConstructorInfo cctor = typeof(Test).TypeInitializer;

Saya menantikan tanggapan Anda.