一步步教你读懂NET中IL(图文详解)

接触NET也有1年左右的时间了，NET的内部实现对我产生了很大的吸引力。个人觉得：能对这些底部的实现进行了解和熟练的话，对以后自己写代码是有很大帮助的，好了，废话不多说，请看下边：

.NET CLR 和 Java VM 都是堆叠式虚拟机器（Stack-Based VM），也就是�f，它��的指令集（Instruction Set）都是�裼枚训�运算的方式：执行时的资料都是先放在堆叠中，再进行运算。JavaVM 有�s 200 ��指令（Instruction），每��指令都是 1 byte 的 opcode（操作码），后面接不等数目的参数；.NET CLR 有超�^ 220��指令，但是有些指令使用相同的 opcode，所以 opcode 的数目比指令数略少。特�e注意，.NET 的 opcode �L度�K不固定，大部分的 opcode �L度是 1 byte，少部分是 2 byte。

下面是一��简单的 C# 原始码：                

�⒋嗽�始码编译之后，可以得到一�� EXE的程序。我��可以通过 ILDASM.EXE（图-0） �矸幢嘁� EXE 以观察IL。我�� Main() 的 IL 反编译条列如下，�@�e共有十八道IL 指令，有的指令（例如 ldstr 与 box）后面需要接参数，有的指令（例如 ldc.i4.1 �c与add）后面不需要接参数。

此程式执行�r，关键的记忆体有三种，分�e是：

1、Managed Heap：�@是动态配置（Dynamic Allocation）的记忆体，由 Garbage Collector（GC）在执行�r自�庸芾恚�整��Process 共用一�� Managed Heap。

2、Call Stack：�@是由 .NET CLR 在执行�r自�庸芾淼募且涮澹�每�� Thread 都有自己专属的 Call Stack。每呼叫一次 method，就会使得Call Stack 上多了一�� Record Frame；呼叫完毕之后，此 Record Frame 会被丢弃。一般�碚f，Record Frame �燃锹甲� method 参数（Parameter）、返回位址（Return Address）、以及区域变数（Local Variable）。Java VM 和 .NET CLR 都是使用 0, 1, 2… 编号的方式�碜R�e区别变数。

3、Evaluation Stack：�@是由 .NET CLR 在执行�r自�庸芾淼募且涮澹�每�� Thread 都有自己专属的 Evaluation Stack。前面所�^的堆叠式虚拟机器，指的就是�@��堆叠。

后面有一�B串的示意图，用�斫庹f在执行�r此三种记忆体的变化。首先，在�M入 Main() 之后，尚未执行任何指令之前，记忆体的��r如图1 所示：

图1                

接着要执行第一道指令 ldc.i4.1。此指令的意思是：在 Evaluation Stack 置入一�� 4 byte 的常数，其值�� 1。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图2 所示：

ldc.i4.1：表示加载一个值为1到堆栈中，该条指令的语法结构是：
ldc.typevalue：ldc指令加载一个指定类型的常量到stack.
ldc.i4.number：ldc指令更加有效.它传输一个整型值-1以及0到8之间的整数给计算堆栈

图2       

接着要执行第二道指令 stloc.0。此指令的意思是：从 Evaluation Stack 取出一��值，放到第 0 号变数（V0）中。�@�e的第 0 号变数其实就是原始码中的i。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图3 所示：

图3                

后面的第三道指令和第五道指令雷同於第一道指令，且第四道指令和第六道指令雷同於第二道指令。�榱私谑∑�幅，我不在此一一�述。提醒大家第 1 号变数（V1）其实就是原始码中的 j，且第 2 号变数（V2）其实就是源码中的 k。图4~7 分�e是执行完第三~六道指令之后，记忆体的变化图：

图4                

图5

图6

接着要执行第七道指令 ldloc.0 以及第八道指令 ldloc.1：分�e�� V0（也就是 i）和 V1（也就是 j）的值放到 Evaluation Stack，�@是相加前的准备�幼鳌Ｍ�8 �c图9 分�e是执行完第七、第八道指令之后，记忆体的变化图：

图8

接着要执行第九道指令 add。此指令的意思是：从 Evaluation Stack 取出���值（也就是 i 和 j），相加之后�⒔Y果放回 Evaluation Stack 中。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图10 所示：

接着要执行第十道指令 ldloc.2。此指令的意思是：分�e�� V2（也就是 k）的值放到 Evaluation Stack，�@是相加前的准备�幼鳌Ｖ葱型甏说乐噶钪�后，记忆体的变化如图11 所示：

接着要执行第十一道指令 add。从 Evaluation Stack 取出���值，相加之后�⒔Y果放回 Evaluation Stack 中，此�� i+j+k 的值。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图12 所示：

接着要执行第十二道指令 stloc.3。从 Evaluation Stack 取出一��值，放到第 3 号变数（V3）中。�@�e的第3号变数其实就是原始码中的 answer。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图13 所示：

接着要执行第十三道指令 ldstr "i+j+k="。此指令的意思是：�� "i+j+k=" 的 Reference 放�M Evaluation Stack。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图14 所示：

接着要执行第十四道指令 ldloc.3。�� V3 的值放�M Evaluation Stack。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图15 所示：

接着要执行第十五道指令 box [mscorlib]System.Int32，从此处可以看出，int到string实际是进行了装箱操作的，所以会有性能损失，可以在以后的编码中减少装箱操作来提高性能。此指令的意思是：从 Evaluation Stack 中取出一��值，�⒋� Value Type 包�b（box）成�� Reference Type。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图16 所示：

接着要执行第十六道指令 call string [mscorlib] System.String::Concat(object, object)。此指令的意思是：从 Evaluation Stack 中取出���值，此二值皆�� Reference Type，下面的值当作第一��参数，上面的值当作第二��参数，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.String.Concat() method ��⒋硕�参数�M行字串接合（String Concatenation），�⒔雍铣�淼男伦执�放在 Managed Heap，�⑵� Reference 放�M Evaluation Stack。值得注意的是：由於 System.String.Concat() 是 static method，所以此�使用的指令是 call，而非 callvirt（呼叫虚拟）。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图17 所示：

�注意：此�r Managed Heap 中的 Int32(6) 以及 String("i+j+k=") 已�不再被�⒖嫉剑�所以变成垃圾，等待 GC 的回收。

接着要执行第十七道指令 call void [mscorlib] System.Console::WriteLine(string)。此指令的意思是：从 Evaluation Stack 中取出一��值，此值�� Reference Type，�⒋酥档弊鞑问�，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.Console.WriteLine() method ��⒋俗执�显示在 Console �窗上。System.Console.WriteLine() 也是 static method。执行完此道指令之后，记忆体的变化如图18 所示：

接着要执行第十八道指令 ret。此指令的意思是：�Y束此次呼叫（也就是 Main 的呼叫）。此�r会�z查 Evaluation Stack �仁Ｏ碌馁Y料，由於 Main() 宣告不需要传出值（void），所以 Evaluation Stack �缺仨�是空的，本范例符合�@�拥那�r，所以此�r可以�利�Y束此次呼叫。而 Main 的呼叫一�Y束，程式也随之�Y束。执行完此道指令之后（且在程式�Y束前），记忆体的变化如图19 所示：

通过此范例，读者应该可以对于 IL 有最基本的认识。对 IL 感兴趣的读者应该自行阅读 Serge Lidin 所著的《Inside Microsoft .NET IL Assembler》（Microsoft Press 出版）。我认为：熟知 IL 每道指令的作用，是 .NET 程式�T必备的知识。.NET 程式�T可以不会用 IL Assembly 写程式，但是至少要看得懂 ILDASM 反编译出�淼� IL �M合码。

本文由 华域联盟 原创撰写：华域联盟 » 一步步教你读懂NET中IL(图文详解)

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