.NET 繼承本質深度解析：從 IL、MethodTable、虛分派到介面映射表

網路上關於 C# virtual/override/new 的語法討論眾多，卻少從 CLR 執行層面說明。本文以 SOS 除錯器、IL 反組譯、MethodTable 結構為證，揭示：所有實例方法呼叫均為 callvirt，唯基類呼叫用 call；override 本質是子類 MethodTable 覆寫虛方法槽位；介面呼叫透過全域介面映射表分派。

關鍵觀察 1：呼叫指令與虛分派

// C#
A a = new A(); a.Foo(); a.Boo();
A b = new B(); b.Foo(); b.Boo();

// IL：皆為 callvirt
IL_0007: callvirt instance void A::Foo()
IL_000d: callvirt instance void A::Boo()
IL_0019: callvirt instance void A::Foo()
IL_001f: callvirt instance void A::Boo()

// B.Foo() 覆寫並呼叫 base.Foo()
IL_000b: call instance void A::Foo()  // 唯一 call，防無限遞迴

結論：編譯器只看**靜態型別**（變數宣告型別）產生 callvirt，JIT 時才依物件真實 MethodTable 解析槽位位址。非虛方法同樣用 callvirt，JIT 內部轉為直接 call 並插入 null 檢查（cmp dword ptr [ecx], ecx）。

關鍵觀察 2：MethodTable 佈局與虛方法槽位

物件前 4 bytes 指向 MethodTable。!dumpmt -md 顯示：

// A 的 MethodTable
... 
00973148 009730d8 JIT A.Foo()   // 第 5 槽位
00973138 009730d0 JIT A.Boo()

// B 的 MethodTable
...
009731d0 00973178 NONE B.Foo()  // 同樣第 5 槽位，覆蓋 A.Foo
009731e0 00973180 JIT B..ctor()

override 只是將父類虛方法槽位的位址替換為子類實作。若子類用 new virtual，則在父類虛方法之後**新增**槽位。

關鍵觀察 3：JIT 產生的組合語言驗證

a.Foo():  mov ecx, edi          // this
          mov eax, [ecx]        // MethodTable
          call [eax+38h]        // 偏移 0x38 = 第 5 槽位 * 8

b.Foo():  mov ecx, ebx
          mov eax, [ecx]
          call [eax+38h]        // 相同偏移，但指向 B.Foo()

非虛方法 Boo()：

mov ecx, edi
cmp [ecx], ecx          // null 檢查
call 0xFF9430C8         // 直接呼叫固定位址

介面呼叫：全域介面映射表

介面方法不在類別 MethodTable 固定槽位，CLR 維護 **Global Interface Map Table**，依 (介面型別, 實作類別) 查找實際 MethodDesc。範例：

interface IC { void Test(); }
class C : IC { public void Test() { ... } }  // IL: virtual final
class D : C { void Test() { ... } }          // new slot, non-virtual

IC ic = new D(); ic.Test(); // 輸出 "C::Test()"

因 C.Test 為 final，D.Test 不進介面映射表。若 D 也實作 IC 或 C.Test 移除 final，則 D.Test 會登入映射表並被呼叫。

總結

• callvirt + MethodTable 槽位 = 虛分派核心；
• override = 槽位覆寫；new = 新增槽位；
• 介面分派 = 全域映射表查找，與類別繼承獨立；
• 基類呼叫 base.Foo() 必須用 call 避免遞迴。