MSIL入門（一）C#程式碼與IL程式碼對比

HueiFeng發表於2020-07-05
C#

基礎概念

Microsoft中間語言（MSIL），也成為通用中間語言（CIL），是一組與平臺無關的指令，由特定於語言的編譯器從原始碼生成。MSIL是獨立於平臺的，因此，他可以在任何公共語言基礎架構支援特定的環境上執行。

通過JIT編譯器將MSIL轉換為特定計算機環境的特定機器程式碼。這是在執行MSIL之前完成的，同樣，MSIL在需求的基礎上轉換為機器程式碼，既JIT編譯器根據需要而不是整個MSIL進行編譯。

公共語言執行時（CLR）中的執行過程：執行過程包括建立MSIL以及通過JIT編譯器將MSIL轉換為機器程式碼，如下所示：

  • 在CLR的編譯期間，特定於語言的編譯器會將原始碼轉換為MSIL。此外，與MSIL一起，在編譯中還會生成後設資料。後設資料包含諸如程式碼中型別的定義和簽名，執行時資訊等資訊。
  • 通過組裝MSIL，可以建立一個公共語言基礎結構（CLI）組裝。該程式集基本上是用於安全性，部署，版本控制等已編譯的程式碼庫，它具有兩種型別，程式程式集（EXE）和程式集（DLL）。
  • 然後JIT編譯器將Microsoft中間語言（MSIL）轉換為特定於JIT編譯器執行所在的計算機環境的機器程式碼。MSIL在需求的基礎上轉換器為機器程式碼，即JIT編譯器根據需要而不是整個MSIL進行編譯。
  • 然後，由JIT編譯器獲得的機器程式碼由計算機的處理器執行。

列印字串

static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("HelloWord!");
}

.entrypoint 定義程式的入口點，該函式在程式啟動時由.NET執行庫呼叫

.maxstack 定義函式程式碼所用堆疊的最大深度

.ldstr string把一個字串常量裝入堆疊

call function(parameters)呼叫靜態函式，函式的引數必須在函式呼叫前裝入堆疊

pop 取出棧頂的值，當我們不需要把值存入變數時使用

ret 從當前方法返回，並將返回值（如果存在）從呼叫方的計算堆疊推送到被呼叫方的計算堆疊上。

  .method private hidebysig static void
    Main(
      string[] args
    ) cil managed
  {
    .entrypoint //主函式，程式的入口
    .maxstack 8 //棧的最大深度。

    // [8 9 - 8 10] 
    IL_0000: nop //什麼都不做

    // [9 13 - 9 45]
    IL_0001: ldstr        "HelloWord!" //把字串壓入堆疊
    IL_0006: call         void [System.Console]System.Console::WriteLine(string) //呼叫WriteLine
    IL_000b: nop //什麼都不做

    // [10 9 - 10 10]
    IL_000c: ret //return

  } // end of method Program::Main

資料運算

add 2個值相加。命令的引數必須在呼叫前裝入堆疊，該函式從堆疊中移除引數並把運算後的結果壓入堆疊。

sub 2個值相減

mul 2個值相乘

static void Main(string[] args)
{
    int x = 1;
    Console.WriteLine(x * 3 + 1 - 1);
}

  .method private hidebysig static void
    Main(
      string[] args
    ) cil managed
  {
    .entrypoint  //主函式，程式的入口
    .maxstack 2  //棧的最大深度
    .locals init (
      [0] int32 x,
      [1] int32 y,
      [2] int32 z //本地變數定義，定義int型別的 x、y、z
    )

    // [8 9 - 8 10]
    IL_0000: nop //什麼都不做

    // [9 13 - 9 23]
    IL_0001: ldc.i4.1  //把x的值放到計算堆疊上
    IL_0002: stloc.0  //把計算堆疊頂部的值（x）放到呼叫堆疊索引0處

    // [10 13 - 10 23]
    IL_0003: ldc.i4.3 //把z的值放到計算堆疊上
    IL_0004: stloc.1      //把計算堆疊頂部的值（y）放到呼叫堆疊索引1處

    // [11 13 - 11 23]
    IL_0005: ldc.i4.1 //把x的值放到計算堆疊上
    IL_0006: stloc.2      //把計算堆疊頂部的值（z）放到呼叫堆疊索引2處

    // [12 13 - 12 46]
    IL_0007: ldloc.0       //把呼叫堆疊索引為0處的值複製到計算堆疊
    IL_0008: ldloc.1      //把呼叫堆疊索引為1處的值複製到計算堆疊
    IL_0009: mul //相乘
    IL_000a: ldloc.2  //把呼叫堆疊索引為2處的值複製到計算堆疊
    IL_000b: add //相加
    IL_000c: ldloc.2      //把呼叫堆疊索引為2處的值複製到計算堆疊
    IL_000d: sub //相減
    IL_000e: call         void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32) //呼叫WriteLine
    IL_0013: nop //什麼都不做

    // [13 9 - 13 10]
    IL_0014: ret //return

  } // end of method Program::Main

Reference

https://www.geeksforgeeks.org/cil-or-msil-microsoft-intermediate-language-or-common-intermediate-language/

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