(번역글) .NET Internals Cookbook Part 3 - Initialization tricks

이번에도 .NET Internals Cookbook 시리즈의 3번째 글을 번역한 것입니다.

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 1 - Exceptions, filters and corrupted processes
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11838

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 2 - GC-related things
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11869

.NET Internals Cookbook Part 3 - Initialization tricks
; https://blog.adamfurmanek.pl/2019/03/02/net-internals-cookbook-part-3/

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 4 - Type members
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11872

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 5 - Methods, parameters, modifiers
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11873

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 6 - Object internals
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11874

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 7 - Word tearing, locking and others
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11876

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 8 - C# gotchas
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11877

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 9 - Finalizers, queues, card tables and other GC stuff
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11878

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 10 - Threads, Tasks, asynchronous code and others
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11879

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 11 - Various C# riddles
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11882

(번역글) .NET Internals Cookbook Part 12 - Memory structure, attributes, handles
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11891

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우선 일반적인 논리 식이라면 그런 경우가 없을 것입니다. 하지만 객체의 상태를 true/false로 평가할 수 있도록 op_False, op_True 연산자를 재정의했을 때 이런 트릭이 가능합니다.

예를 들어 전기 스위치가 있을 때, 스위치의 객체 상태를 true/false로 평가하기 위해 다음과 같이 연산자를 재정의할 수 있습니다.

class Switch
{
    public string Name { get; private set; }
    public bool On { get; private set; }

    public Switch(string name, bool on)
    {
        Name = name;
        On = on;
    }

    public static bool operator true(Switch t)
    {
        Console.WriteLine($"{t.Name} op.True");
        return t.On;
    }

    public static bool operator false(Switch t)
    {
        Console.WriteLine($"{t.Name} op.False");
        return t.On == false;
    }
}

이렇게 코딩하면 Switch 인스턴스를 조건식에 그대로 사용할 수 있습니다.

Switch foo1 = new Switch("A", true);
Switch foo2 = new Switch("B", false);

if (foo1)
{
    Console.WriteLine($"{foo1.Name} ON");
}

if (foo2)
{
    Console.WriteLine($"{foo2.Name} ON");
}

/*
A op.True
A ON
B op.True
*/

위의 결과로, C# 컴파일러는 if 문에서 객체를 평가하는 경우 op_True와 op_False 메서드 중에 op_True를 선택해 호출해 주는 것을 알 수 있습니다. 즉, 위의 코드는 사실상 다음과 같이 바뀌어 컴파일되는 것입니다.

if (Switch::op_True(foo1))
{
    Console.WriteLine($"{foo1.Name} ON");
}

if (Switch::op_True(foo2))
{
    Console.WriteLine($"{foo2.Name} ON");
}

이러한 객체의 논리식 평가에서 재미있는 것은 &&, ||과 같은 논리 연산자가 사용될 경우입니다. 예를 들어 다음과 같이 코딩을 하면,

if (foo1 && foo2)
{
    Console.WriteLine("If");
}

C# 컴파일러는 다음과 같은 식으로 && 평가를 전개합니다.

// && 논리 곱의 short-circuit 평가이므로 첫 번째 변수가 false인지를 우선 검사
if (Switch::op_False(foo1))
{
    if (Switch::op_True(foo1)) // 피연산자가 2개인 && 평가에서 왜? foo2에 대한 op_True 검사를 생략할까?
    {
        Console.WriteLine("If");
    }
}
else // foo1이 true인 상태라면 당연히 두 번째 변수의 상태를 평가
{
    Foo bitwised = Switch::op_BitwiseAnd(foo1, foo2);
    if (Switch::op_True(bitwised))
    {
        Console.WriteLine("If");
    }
}

개인적인 이해 차원에서는, 이건 좀 아니라는 생각이 듭니다. 첫 번째 변수가 false 상태라면 굳이 그 변수에 대해 op_True 검사를 할 필요가 없습니다. 설령, 확실하게 하기 위해 검증 차원에서 필요하다고 해도 당연히 두 번째 변수에 대한 평가를 추가해야 하는데 그 과정이 없습니다.

또 한가지 재미있는 것은, 첫 번째 변수의 평가가 true라고 된 경우 두 번째 변수에 대해 곧바로 op_True 평가를 하는 것이 아니라 첫 번째 변수와 두 번째 변수의 비트 곱(&) 연산자를 호출해 하나의 결과로 합친 다음 그것에 대해 op_True 평가를 한다는 것입니다. 이 때문에 객체에 대해 && 논리곱을 하려면 비트 곱(&) 연산자도 함께 재정의해야 합니다.

public static Switch operator &(Switch lhs, Switch rhs)
{
    Console.WriteLine($"{lhs.Name} & {rhs.Name}");

    if (lhs.On == false)
    {
        return lhs;
    }

    return rhs;
}

이 정도 알았으면 이제 질문에 대한 답을 할 수 있습니다. 즉, true/false에 대한 연산자 재정의에서 모두 옳다고 반환하면 그 객체는 true이면서 false인 상태를 갖는 것과 같습니다.

public static bool operator true(Switch t)
{
    Console.WriteLine($"{t.Name} op.True");
    return true;
}

public static bool operator false(Switch t)
{
    Console.WriteLine($"{t.Name} op.False");
    return true;
}

그래서 위와 같이 정의된 객체를 논리곱 연산자에 사용하면,

if (foo1 && foo2)
{
    Console.WriteLine("If");
}

다음과 같은 출력 결과를 얻게 됩니다.

A op.False
A op.True
If

참고로, 논리합 연산자(||)라면 첫 번째 피연산자에 대한 평가를 short-circuit 검사를 위해 op_True를 호출합니다.

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FormatterServices 타입의 GetUninitializedObject 메서드를 호출해 객체 생성을 할 수 있습니다.

using System;
using System.Runtime.Serialization;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Foo o = FormatterServices.GetUninitializedObject(typeof(Foo)) as Foo;
        Console.WriteLine(o.n); // 출력 결과: 0
    }
}

class Foo
{
    public int n = 5; // C# 컴파일러는 필드 초기화 코드를 생성자에 넣음.

    Foo()
    {
        Console.WriteLine("Constructor");
    }
}

당연히 생성자를 호출하지 않고 객체가 소유한 필드의 메모리만큼 할당만 한 후에 객체 주소를 반환하기 때문에 필드 n의 값은 0이 됩니다.

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ctor도 메서드이기 때문에 Reflection을 이용해 임의 호출이 가능합니다.

using System;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Foo foo = new Foo();

        var ctor = foo.GetType().GetConstructor(new Type[0]);
        
        ctor.Invoke(foo, new object[0]);
        ctor.Invoke(foo, new object[0]);
        ctor.Invoke(foo, new object[0]);
    }
}

class Foo
{
    public int n = 5;

    public Foo()
    {
        Console.WriteLine("Constructor!");
    }
}

/* 출력 결과
Constructor!
Constructor!
Constructor!
Constructor!
*/

따라서 14번 문제와 합치면 객체 생성 과정을 다음과 같이 수작업으로 재구성할 수 있습니다.

using System;
using System.Runtime.Serialization;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        var ctor = typeof(Foo).GetConstructor(new Type[0]);

        Foo o = FormatterServices.GetUninitializedObject(typeof(Foo)) as Foo;
        ctor.Invoke(o, new object[0]);
        Console.WriteLine(o.n); // 출력 결과: 5
    }
}

---

ContextBoundObject를 상속받아 생성자 호출을 가로채면 가능합니다.

using System;
using System.Runtime.Remoting.Proxies;

namespace ConsoleApp
{
    class Program
    {
        public static void Main()
        {
            var instance = new Foo();
            Console.WriteLine(instance == null);
        }
    }

    class FooProxyAttribute : ProxyAttribute
    {
        public override MarshalByRefObject CreateInstance(Type serverType)
        {
            Console.WriteLine("Custom new");
            return null;
        }
    }

    [FooProxy]
    class Foo : ContextBoundObject 
    {
    }
}

여기서 재미있는 것은, "var instance"의 null 여부입니다. .NET Framework의 경우 instance는 null이지만, .NET Internals Cookbook Part 3 ? Initialization tricks 글에서 링크한 Mono 런타임에서는 null이 아닙니다.

아마도 이것은, .NET Framework의 런타임은 null이 반환된 경우 ContextBoundObject로 인한 Proxy 객체 자체를 null 처리해서 반환하는 반면, Mono의 경우에는 대상 객체는 null을 반환하지만 그 null을 가리키는 Proxy 객체를 반환하기 때문인 것으로 보입니다. 참고로, 이때의 Proxy 객체 타입은 System.Runtime.Remoting.Proxies.__TransparentProxy라는 식의 이름을 갖습니다.

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인터페이스는 new할 수 없지만, .NET Framework이 기존 COM 객체와의 연동을 위해 마련한 편의 장치를 이용하면 생성할 수 있습니다.

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        IFoo obj = new IFoo("abc");
        Console.WriteLine(obj.Message);
    }
}

class Foo : IFoo
{
    readonly string name;
    public Foo(string name)
    {
        this.name = name;
    }
    string IFoo.Message
    {
        get
        {
            return "Hello from " + name;
        }
    }
}

[ComImport, CoClass(typeof(Foo))]
[Guid("d60908eb-fd5a-4d3c-9392-8646fcd1edce")]
interface IFoo
{
    string Message { get; }
}

사실 엄밀히 말하면, C# 코드 상으로는 new IFoo를 하기 때문에 인터페이스를 생성하는 것처럼 보이지만 내부적으로 C# 컴파일러는 해당 인터페이스에 지정된 CoClass 특성에 지정된 타입을 생성하는 것으로 치환하므로,

public static void Main()
{
    IFoo obj = new Foo("abc");
    Console.WriteLine(obj.Message);
}

인터페이스를 생성한다고 볼 수는 없습니다. 그냥 겉으로만 그렇게 보이는 것에 불과합니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제 프로젝트를 포함합니다.)

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[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

[최초 등록일: 4/16/2019]
[최종 수정일: 12/1/2023]


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by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com