CLR vir C# 之CLR執行模型

     從今天開始讀CLR vir C#.雖然是英文版，但希望能從剛剛讀完的《你必須知道的.net》中找到共鳴。

 

     本文簡單闡述從Source Code 到CPU Native Code 的執行期間，發生了什麼事？    

 把源碼編譯成Managed 程式碼

      在.net環境下，我們可以採用多種語言來進行編程，比如C#，Vb.net,J#等。並且多種語言可以同時存在於同一專案中，這涉及到了CTS的內容，暫不闡述。每種語言都有其對應的編譯器存在，C#->CS Compiler,Vb.net->Basic Compiler等。如

 

     

 

     不管什麼語言，通過各自的編譯器編譯後，都會產生PE檔案（Portable Executable file）也即託管模組（Managed Module).通常託管模組包括以下幾部分：
     1.PE（32） Header

     2.CLR Header (兩者描述一些附加資訊)

     3.MetaData  （主要包括兩個原資料表：一個描述源碼中的類型和成員資訊，一個面熟源碼引用到的類型和成員資訊）

     4.IL（中間代碼：不管哪種程式設計語言（net支援的），都要編譯為統一的中間代碼）

     注意：中繼資料在這裡是個很重要的角色，由於它的“自我描述”（由兩個原資料表決定了）簡單的來說，它可以：

     1）造就了net的智能感知

     2）允許對象的欄位被序列化與還原序列化（*）

     3）使得GC可以追蹤到對象的參考關聯性，得到對象的生命週期

     4）保證了編寫安全的代碼（*）

 

     託管模組產生Assembly

     到達中間代碼，接下來好像就輪到CLR 的JIT編譯機制，在運行時把其編譯成本地代碼即可。實際上，CLR是不與managed module發生作用的，managed module要首先由對應的編譯器編譯成Assembly(DLL, exe)後，CLR與Assembly互動。見：
     

 

     根據我們平時的編程經驗來理解上述Assembly產生：比如一個winform專案，裡麵包括form ,images等資源，編譯時間，可以選擇產生類庫(DLL),或者可執行檔（EXE）,這個時候，就會把所有的資源（源碼，images）等全部“打包”成一個DLL/Exe，如果是建立類庫的專案則更加如此。

     當然，產生的Assembly(DLL/Exe)要想在用戶端運行，需要CLR的支援，這也就是為什麼我們在部署的winform專案的時候，在client端安裝framework的原因了。

     JIT執行Assembly

     從上面的描述中可以知道，產生的Assembly是在運行時由JIT進行編譯執行的，而這個過程正式託管程式效能的一個很到的體現：

     如下代碼：
     

Code
static void Main()
{
  Console.WriteLine("Hello");
  Console.WriteLine("World");
}

     當第一次調用WriteLine方法時，

     1.JIT Compiler從中繼資料中找到要調用的方法，

     2.從而找到方法在IL中的位置，這個動作可以從上面對中繼資料的描述中得到得以解釋。

     3.分配空間

     4.JIT把IL編譯成本地代碼

           （註：這個過程中實際上還有一個動作:Verification(驗證)，此驗證用來保證代碼的安全性。比如驗證方法參數是否一致，傳回值是否正常返回等。）

     5.把產生的本地代碼儲存在動態產生的記憶體空間中

     6.運行指標跳轉至本地代碼執行

     這個過程簡單的闡述了運行時的JIT工作流程。

     當第二次調用WriteLine方法時，由於在本地記憶體中已經儲存有此方法的本地代碼，所以JIT的編譯過程將被繞過，直接執行本地代碼，從而使執行效能得到提高。

     從這個角度看，我們平時講的封裝和複用等思想，在代碼最佳化，效能提高方法都會起到很好的作用。

     當然，如果應用程式關閉，動態記憶體得以釋放，產生的本地代碼也就不存在了。

 

      CTS一般型別系統

     上文中提到，net實現了多語言的互操作，這個特性需要CTS和CLS的支援。

     CTS中定義類型中能夠定義什麼，如何定義等規範，並對類型的存取層級做了規範（private,famlily,public等），可以看到，裡面的定義如family實際上對應的IL中的定義，具體的每種語言中都有自己的映射定義，如protected.

     又比如對資料類型的定義，CTS中的Int32,在C#中可以為int即可。這些只是

一些映射定義，編譯為IL後，實際還是要稱為CTS中定義的類型Int32.

     這種特性，就使得開發人員可以用自己熟悉的語言，自己熟悉的文法進行編程，完成後還可以進行與其他語言代碼的互動。

     而相反，沒有在CTS中定義的規範，在具體的語言中是停用:比如C++語言支援多繼承，而在CTS中定義對於類只是是單向單繼承，所以net環境下寫C++代碼就必須符合這個規範，寫多繼承的代碼會出現編譯錯誤。

     CLS通用文法規範

     如果說CTS定義了統一的編程規範，那麼CLS就定義了實現語言互操作每種語言必須符合的最小集合。

     如果要實現互操作的編碼，可以使用[assembly:CLSCompliant(true)] 特性，來檢查代碼是否符合CLS規範。

Code
using System;
using System.Runtime.InteropServices;
[assembly:CLSCompliant(true)]

namespace Demo1
{
   public class cls
    {
        static void Main(string[] args)
        {

        }

        public UInt32 foo()
        {
            UInt32 i = 10;
            return i;
        }
    }
}

     由於在VB.net中不存在Uint32的定義，所以foo方法會得到警告：不符合CLS規範。

     具體的規範內容，需要參考相關文檔得知。