什么是NET中IL(圖文詳解)

這篇文章主要介紹“什么是NET中IL(圖文詳解)”，在日常操作中，相信很多人在什么是NET中IL(圖文詳解)問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”什么是NET中IL(圖文詳解)”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

接觸NET也有1年左右的時間了，NET的內部實現對我產生了很大的吸引力。個人覺得：能對這些底部的實現進行了解和熟練的話，對以后自己寫代碼是有很大幫助的，好了，廢話不多說，請看下邊：

.NET CLR 和 Java VM 都是堆疊式虛擬機器（Stack-Based VM），也就是說，它們的指令集（Instruction Set）都是採用堆疊運算的方式：執行時的資料都是先放在堆疊中，再進行運算。JavaVM 有約 200 個指令（Instruction），每個指令都是 1 byte 的 opcode（操作碼），后面接不等數目的參數；.NET CLR 有超過 220個指令，但是有些指令使用相同的 opcode，所以 opcode 的數目比指令數略少。特別注意，.NET 的 opcode 長度並不固定，大部分的 opcode 長度是 1 byte，少部分是 2 byte。

下面是一個簡單的 C# 原始碼：                

復制代碼 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 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，有的指令（例如 ldc.i4.1 與與add）后面不需要接參數。
圖-0
ldc.i4.1
stloc.0
ldc.i4.2
stloc.1
ldc.i4.3
stloc.2
ldloc.0
ldloc.1
add
ldloc.2
add
stloc.3
ldstr      "i+j+k="
ldloc.3
box        [mscorlib]System.Int32
call       string [mscorlib]System.String::Concat(object, object)
call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
ret

此程式執行時，關鍵的記憶體有三種，分別是：

1、Managed Heap：這是動態配置（Dynamic Allocation）的記憶體，由 Garbage Collector（GC）在執行時自動管理，整個Process 共用一個 Managed Heap。

2、Call Stack：這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體，每個 Thread 都有自己專屬的 Call Stack。每呼叫一次 method，就會使得Call Stack 上多了一個 Record Frame；呼叫完畢之后，此 Record Frame 會被丟棄。一般來說，Record Frame 內記錄著 method 參數（Parameter）、返回位址（Return Address）、以及區域變數（Local Variable）。Java VM 和 .NET CLR 都是使用 0, 1, 2… 編號的方式來識別區別變數。

3、Evaluation Stack：這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體，每個 Thread 都有自己專屬的 Evaluation Stack。前面所謂的堆疊式虛擬機器，指的就是這個堆疊。

后面有一連串的示意圖，用來解說在執行時此三種記憶體的變化。首先，在進入 Main() 之后，尚未執行任何指令之前，記憶體的狀況如圖1 所示：

圖1                

接著要執行第一道指令 ldc.i4.1。此指令的意思是：在 Evaluation Stack 置入一個 4 byte 的常數，其值為 1。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖2 所示：

ldc.i4.1：表示加載一個值為1到堆棧中，該條指令的語法結構是：
ldc.typevalue：ldc指令加載一個指定類型的常量到stack.
ldc.i4.number：ldc指令更加有效.它傳輸一個整型值-1以及0到8之間的整數給計算堆棧

圖2       

接著要執行第二道指令 stloc.0。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出一個值，放到第 0 號變數（V0）中。這裡的第 0 號變數其實就是原始碼中的i。執行完此道指令之后，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。為了節省篇幅，我不在此一一贅述。提醒大家第 1 號變數（V1）其實就是原始碼中的 j，且第 2 號變數（V2）其實就是源碼中的 k。圖4~7 分別是執行完第三~六道指令之后，記憶體的變化圖：

圖4                

圖5


圖6

圖7

接著要執行第七道指令 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，這是相加前的準備動作。圖8 與圖9 分別是執行完第七、第八道指令之后，記憶體的變化圖：

圖8

圖9

接著要執行第九道指令 add。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出兩個值（也就是 i 和 j），相加之后將結果放回 Evaluation Stack 中。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖10 所示：

圖10

接著要執行第十道指令 ldloc.2。此指令的意思是：分別將 V2（也就是 k）的值放到 Evaluation Stack，這是相加前的準備動作。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖11 所示：

圖11

接著要執行第十一道指令 add。從 Evaluation Stack 取出兩個值，相加之后將結果放回 Evaluation Stack 中，此為 i+j+k 的值。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖12 所示：

圖12

接著要執行第十二道指令 stloc.3。從 Evaluation Stack 取出一個值，放到第 3 號變數（V3）中。這裡的第3號變數其實就是原始碼中的 answer。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖13 所示：

圖13

接著要執行第十三道指令 ldstr "i+j+k="。此指令的意思是：將 "i+j+k=" 的 Reference 放進 Evaluation Stack。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖14 所示：

圖14

接著要執行第十四道指令 ldloc.3。將 V3 的值放進 Evaluation Stack。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖15 所示：

圖15

接著要執行第十五道指令 box [mscorlib]System.Int32，從此處可以看出，int到string實際是進行了裝箱操作的，所以會有性能損失，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 中取出一個值，將此 Value Type 包裝（box）成為 Reference Type。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖16 所示：

圖16

接著要執行第十六道指令 call string [mscorlib] System.String::Concat(object, object)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出兩個值，此二值皆為 Reference Type，下面的值當作第一個參數，上面的值當作第二個參數，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.String.Concat() method 來將此二參數進行字串接合（String Concatenation），將接合出來的新字串放在 Managed Heap，將其 Reference 放進 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）。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖17 所示：

圖17

請注意：此時 Managed Heap 中的 Int32(6) 以及 String("i+j+k=") 已經不再被參考到，所以變成垃圾，等待 GC 的回收。

接著要執行第十七道指令 call void [mscorlib] System.Console::WriteLine(string)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出一個值，此值為 Reference Type，將此值當作參數，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。執行完此道指令之后，記憶體的變化如圖18 所示：

圖18

接著要執行第十八道指令 ret。此指令的意思是：結束此次呼叫（也就是 Main 的呼叫）。此時會檢查 Evaluation Stack 內剩下的資料，由於 Main() 宣告不需要傳出值（void），所以 Evaluation Stack 內必須是空的，本范例符合這樣的情況，所以此時可以順利結束此次呼叫。而 Main 的呼叫一結束，程式也隨之結束。執行完此道指令之后（且在程式結束前），記憶體的變化如圖19 所示：

圖19

通過此范例，讀者應該可以對于 IL 有最基本的認識。對 IL 感興趣的讀者應該自行閱讀 Serge Lidin 所著的《Inside Microsoft .NET IL Assembler》（Microsoft Press 出版）。我認為：熟知 IL 每道指令的作用，是 .NET 程式員必備的知識。.NET 程式員可以不會用 IL Assembly 寫程式，但是至少要看得懂 ILDASM 反編譯出來的 IL 組合碼。

到此，關于“什么是NET中IL(圖文詳解)”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！