Perché trovare l'inizializzatore di un tipo genera un'eccezione NullReferenceException?

Questo mi ha lasciato perplesso. Stavo cercando di ottimizzare alcuni test per Noda Time, in cui abbiamo un controllo di inizializzazione del tipo. Ho pensato di scoprire se un tipo ha un inizializzatore di tipo (costruttore statico o variabili statiche con inizializzatori) prima di caricare tutto in un nuovo AppDomain. Con mia sorpresa, un piccolo test di questo ha gettato NullReferenceException- nonostante non ci siano valori nulli nel mio codice. E ' solo genera l'eccezione quando si compila con nessuna informazione di debug.

Ecco un programma breve ma completo per dimostrare il problema:

using System;

class Test
{
    static Test() {}

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

E una trascrizione di compilazione e output:

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

Ora noterai che sto usando .NET 4.5 (il candidato alla versione), che può essere rilevante qui. È un po 'complicato per me testarlo con i vari altri framework originali (in particolare "vanilla" .NET 4) ma se qualcun altro ha un facile accesso alle macchine con altri framework, sarei interessato ai risultati.

Altri dettagli:

• Sono su una macchina x64, ma questo problema si verifica con entrambi gli assiemi x86 e x64
• È la "debug-ness" del codice chiamante che fa la differenza - anche se nel test case sopra lo sta testando sul suo stesso assembly, quando ho provato questo contro Noda Time non ho dovuto ricompilare NodaTime.dllper vedere le differenze - proprio a Test.cscui si riferiva.
• L'esecuzione dell'assembly "rotto" su Mono 2.10.8 non genera

Qualche idea? Bug quadro?

EDIT: più curioso e più curioso. Se si prende la Console.WriteLinechiamata:

using System;

class Test
{
    static Test() {}

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

Ora fallisce solo quando compilato csc /o- /debug-. Se attivi le ottimizzazioni, ( /o+) funziona. Ma se includi la Console.WriteLinechiamata secondo l'originale, entrambe le versioni falliranno.

con 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=????????????????

Tentativo di caricare da [rsi+8]quando @rsiè NULL. Ispezioniamo la funzione:

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)
...

@rsiviene caricato all'inizio [rsp+20h]quindi deve essere passato dal chiamante. Diamo un'occhiata al chiamante:

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

(Il mio disassemblaggio mostra System.Console.get_Inperché ho aggiunto a Console.GetLine()in test.cs per avere l'opportunità di interrompere il debugger. Ho convalidato che non cambia il comportamento).

Siamo in questa chiamata: 000007fe8d45010c 41ff5228 call qword ptr [r10+28h](il nostro indirizzo ret frame AV è l'istruzione subito dopo questo call).

Confrontiamolo con quello che succede quando compiliamo csc /debug test.cs. Possiamo impostare un bp 000007fee5735360, per fortuna il modulo si carica allo stesso indirizzo. Sull'istruzione che carica @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

Si noti che @rsiè 00000000002debd8. Passare attraverso la funzione mostra che questo sarà l'indirizzo che verrà indicato in seguito nel luogo in cui bombe l'ate cattivo (cioè @rsinon cambia). Lo stack è molto interessante perché mostra un frame extra :

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

La chiamata è la stessa call qword ptr [r10+28h]che abbiamo visto prima, quindi nel brutto caso questa funzione è stata probabilmente inclusa in Main(), quindi il fatto che ci sia un frame aggiuntivo è un'aringa rossa. Se guardiamo la preparazione di questo call qword ptr [r10+28h]notiamo questa istruzione: mov qword ptr [rsp+20h],rcx. Questo è ciò che carica l'indirizzo che viene eventualmente definito come @rsi. Nel buon caso, ecco come @rcxviene caricato:

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

Nel brutto caso sembra molto diverso:

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

Questo è molto diverso A differenza del buon caso che chiama CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASE e legge quello che finisce come puntatore critico che provoca l'AV da un membro in offset 1F0in una struttura di ritorno, il codice ottimizzato lo carica da un indirizzo statico. E ovviamente 12721220h contiene 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

Purtroppo è troppo tardi per scavare più a fondo in questo momento, il disassemblaggio di CORINFO_HELP_GETSHARED_GCSTATIC_BASEè tutt'altro che banale. Sto pubblicando questo nella speranza che qualcuno con più conoscenza degli interni di CLR possa avere un senso (come puoi vedere, ho davvero considerato il problema solo dalle istruzioni native POV e ho completamente ignorato IL).

Dato che credo di aver trovato alcuni nuovi interessanti risultati sul problema, ho deciso di aggiungerli come risposta, riconoscendo allo stesso tempo che non stanno affrontando il "perché accade" nella domanda originale. Forse qualcuno che sa di più sul funzionamento interno dei tipi coinvolti potrebbe pubblicare una risposta edificante basata anche sulle osservazioni che sto postando.

Sono anche riuscito a riprodurre il problema sulla mia macchina e ho tracciato una connessione con l' interfaccia System.Runtime.InteropServices._Type , implementata dalla System.Typeclasse.

Inizialmente, ho trovato almeno 3 approcci per risolvere il problema:

1. Semplicemente lanciando la Typea _Typeall'interno del Mainmetodo:

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

2. O assicurandoti che l'approccio 1 sia stato precedentemente utilizzato all'interno del metodo:

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

3. O aggiungendo un campo statico alla Testclasse e inizializzandolo (con il cast su _Type):

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

In seguito, ho scoperto che se non vogliamo coinvolgere l' System.Runtime.InteropServices._Typeinterfaccia nelle soluzioni alternative, il problema non si verifica neanche con:

1. Aggiunta di un campo statico alla Testclasse e inizializzazione (senza eseguirne il cast in _Type):

   static ConstructorInfo _dummy2 = typeof(object).TypeInitializer;

2. O inizializzando la cctorvariabile stessa come campo statico della classe:

   static ConstructorInfo cctor = typeof(Test).TypeInitializer;

Non vedo l'ora del tuo feedback.