|
接觸NET也有1年左右的時(shí)間了，NET的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)我產(chǎn)生了很大的吸引力。個(gè)人覺得：能對(duì)這些底部的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了解和熟練的話，對(duì)以后自己寫代碼是有很大幫助的，好了，廢話不多說，請(qǐng)看下邊： 下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 C# 原始碼： 復(fù)制代碼 代碼如下: using System; public class Test { public static void Main(String[] args) { int i=1; int j=2; int k=3; int answer = i+j+k; Console.WriteLine('i+j+k='+answer); } } 將此原始碼編譯之后，可以得到一個(gè) EXE的程序。我們可以通過 ILDASM.EXE（圖-0） 來反編譯 EXE 以觀察IL。我將 Main() 的 IL 反編譯條列如下，這裡共有十八道IL 指令，有的指令（例如 ldstr 與 box）后面需要接參數(shù)，有的指令（例如 ldc.i4.1 與與add）后面不需要接參數(shù)。
此程式執(zhí)行時(shí)，關(guān)鍵的記憶體有三種，分別是： 2、Call Stack：這是由 .NET CLR 在執(zhí)行時(shí)自動(dòng)管理的記憶體，每個(gè) Thread 都有自己專屬的 Call Stack。每呼叫一次 method，就會(huì)使得Call Stack 上多了一個(gè) Record Frame；呼叫完畢之后，此 Record Frame 會(huì)被丟棄。一般來說，Record Frame 內(nèi)記錄著 method 參數(shù)（Parameter）、返回位址（Return Address）、以及區(qū)域變數(shù)（Local Variable）。Java VM 和 .NET CLR 都是使用 0, 1, 2… 編號(hào)的方式來識(shí)別區(qū)別變數(shù)。 3、Evaluation Stack：這是由 .NET CLR 在執(zhí)行時(shí)自動(dòng)管理的記憶體，每個(gè) Thread 都有自己專屬的 Evaluation Stack。前面所謂的堆疊式虛擬機(jī)器，指的就是這個(gè)堆疊。 后面有一連串的示意圖，用來解說在執(zhí)行時(shí)此三種記憶體的變化。首先，在進(jìn)入 Main() 之后，尚未執(zhí)行任何指令之前，記憶體的狀況如圖1 所示：
圖1 接著要執(zhí)行第一道指令 ldc.i4.1。此指令的意思是：在 Evaluation Stack 置入一個(gè) 4 byte 的常數(shù)，其值為 1。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖2 所示： ldc.i4.1：表示加載一個(gè)值為1到堆棧中，該條指令的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)是：
圖2 接著要執(zhí)行第二道指令 stloc.0。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出一個(gè)值，放到第 0 號(hào)變數(shù)（V0）中。這裡的第 0 號(hào)變數(shù)其實(shí)就是原始碼中的i。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖3 所示：
圖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。為了節(jié)省篇幅，我不在此一一贅述。提醒大家第 1 號(hào)變數(shù)（V1）其實(shí)就是原始碼中的 j，且第 2 號(hào)變數(shù)（V2）其實(shí)就是源碼中的 k。圖4~7 分別是執(zhí)行完第三~六道指令之后，記憶體的變化圖：
圖4
圖5
接著要執(zhí)行第七道指令 ldloc.0 以及第八道指令 ldloc.1：分別將 V0（也就是 i）和 V1（也就是 j）的值放到 Evaluation Stack，這是相加前的準(zhǔn)備動(dòng)作。圖8 與圖9 分別是執(zhí)行完第七、第八道指令之后，記憶體的變化圖：
圖8
接著要執(zhí)行第九道指令 add。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出兩個(gè)值（也就是 i 和 j），相加之后將結(jié)果放回 Evaluation Stack 中。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖10 所示：
接著要執(zhí)行第十道指令 ldloc.2。此指令的意思是：分別將 V2（也就是 k）的值放到 Evaluation Stack，這是相加前的準(zhǔn)備動(dòng)作。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖11 所示：
接著要執(zhí)行第十一道指令 add。從 Evaluation Stack 取出兩個(gè)值，相加之后將結(jié)果放回 Evaluation Stack 中，此為 i+j+k 的值。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖12 所示：
接著要執(zhí)行第十二道指令 stloc.3。從 Evaluation Stack 取出一個(gè)值，放到第 3 號(hào)變數(shù)（V3）中。這裡的第3號(hào)變數(shù)其實(shí)就是原始碼中的 answer。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖13 所示：
接著要執(zhí)行第十三道指令 ldstr 'i+j+k='。此指令的意思是：將 'i+j+k=' 的 Reference 放進(jìn) Evaluation Stack。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖14 所示：
接著要執(zhí)行第十四道指令 ldloc.3。將 V3 的值放進(jìn) Evaluation Stack。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖15 所示：
接著要執(zhí)行第十五道指令 box [mscorlib]System.Int32，從此處可以看出，int到string實(shí)際是進(jìn)行了裝箱操作的，所以會(huì)有性能損失，可以在以后的編碼中減少裝箱操作來提高性能。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出一個(gè)值，將此 Value Type 包裝（box）成為 Reference Type。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖16 所示：
接著要執(zhí)行第十六道指令 call string [mscorlib] System.String::Concat(object, object)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出兩個(gè)值，此二值皆為 Reference Type，下面的值當(dāng)作第一個(gè)參數(shù)，上面的值當(dāng)作第二個(gè)參數(shù)，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.String.Concat() method 來將此二參數(shù)進(jìn)行字串接合（String Concatenation），將接合出來的新字串放在 Managed Heap，將其 Reference 放進(jìn) Evaluation Stack。值得注意的是：由於 System.String.Concat() 是 static method，所以此處使用的指令是 call，而非 callvirt（呼叫虛擬）。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖17 所示：
請(qǐng)注意：此時(shí) Managed Heap 中的 Int32(6) 以及 String('i+j+k=') 已經(jīng)不再被參考到，所以變成垃圾，等待 GC 的回收。 接著要執(zhí)行第十七道指令 call void [mscorlib] System.Console::WriteLine(string)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出一個(gè)值，此值為 Reference Type，將此值當(dāng)作參數(shù)，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.Console.WriteLine() method 來將此字串顯示在 Console 視窗上。System.Console.WriteLine() 也是 static method。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖18 所示：
接著要執(zhí)行第十八道指令 ret。此指令的意思是：結(jié)束此次呼叫（也就是 Main 的呼叫）。此時(shí)會(huì)檢查 Evaluation Stack 內(nèi)剩下的資料，由於 Main() 宣告不需要傳出值（void），所以 Evaluation Stack 內(nèi)必須是空的，本范例符合這樣的情況，所以此時(shí)可以順利結(jié)束此次呼叫。而 Main 的呼叫一結(jié)束，程式也隨之結(jié)束。執(zhí)行完此道指令之后（且在程式結(jié)束前），記憶體的變化如圖19 所示：
通過此范例，讀者應(yīng)該可以對(duì)于 IL 有最基本的認(rèn)識(shí)。對(duì) IL 感興趣的讀者應(yīng)該自行閱讀 Serge Lidin 所著的《Inside Microsoft .NET IL Assembler》（Microsoft Press 出版）。我認(rèn)為：熟知 IL 每道指令的作用，是 .NET 程式員必備的知識(shí)。.NET 程式員可以不會(huì)用 IL Assembly 寫程式，但是至少要看得懂 ILDASM 反編譯出來的 IL 組合碼。 |
|
|
