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带着问题读CLR via C#(笔记一)CLR的执行模型

程序员文章站 2023-12-16 13:08:58
q1: 什么是clr? a1: clr (common language runtime) 是一个可以由多种编程语言使用的“运行时”。 q2: clr的核心功能有哪些?...

q1: 什么是clr?

a1: clr (common language runtime) 是一个可以由多种编程语言使用的“运行时”。

q2: clr的核心功能有哪些?

a2: 1)内存管理;2)程序集加载;3)安全性;4)异常处理;5)线程同步

q3: clr与使用的编程语言有关吗?

a3: 无关。只要编译器是面向clr的就行。

q4: 选用不同编程语言经过面向clr的编译器编译后生成的结果相同吗?

a4: 相同。无论选择什么语言,相应的编译器变异的结果都是一个托管模块,即一个标准的32位pe (portable executable) 32文件或64位pe32+文件。它们都需要clr才能执行。

q5: 托管模块的组成部分是什么,它们的作用分别是什么?

a5: 1)pe32或pe32+头;2)clr头;3)元数据;4)中间语言

pe32头:1)标识了文件类型(gui, cui, dll);2)包含一个文件生成时间的时间标记;3)包含与本地cpu代码有关的信息(在该模块包含cpu代码的情况下)。

clr头:1)包含需要的clr版本;2)托管模块入口方法的methoddef元数据标记;3)模块的元数据,资源,强名称,一些标记以及不太重要的数据项的位置及大小。

元数据:1)包含描述源代码中定义的类型及成员的元数据表;2)包含描述源代码中引用的类型和成员。

中间语言:编译器编译源代码生成的代码,运行时会被clr编译为本地cpu指令。

q6: 什么是程序集?

a6: 程序集是一个抽象的概念,它是一个或多个模块/资源文件的逻辑分组,也是重用,安全性以及版本控制的最小单元。 生成的程序集既可以是一个可执行文件(exe)也可以是一个dll.

q7: 托管模块和程序集之间的关系是什么?

a7: 默认情况下,编译器实际会把生成的托管模块转换为程序集,程序集的清单中会指明该程序集仅有一个文件构成。如果项目中只有一个托管模块,没有资源文件或数据文件,那么程序集就是托管模块。如果想将多个文件合并到一个程序集,则需要使用其他工具来实现。

q8: 方法执行的过程是什么?首次执行和之后执行有区别吗?

a8: 执行一个方法需要将程序集中的il转换为本地cpu指令,这项工作由clr的jit(即时)编译器来完成。用如下例子讲解:

复制代码 代码如下:

static void main()
{
    console.writeline("hello");
    console.writeline("goodbye");
}

分析准备阶段:

1)      clr检测main代码引用的所有类型,此例中为console类型;

2)      clr分配一个内部数据结构,用于管理对引用的类型(即console类型)的访问。console类型中的所有方法在这个内部结构中都有一个入口, 通过该入口可以找到方法的具体实现;对该内部结构初始化时,clr将每个方法的入口都设置成指向jitcompiler函数(clr内部未文档化的一个函数);

执行阶段:

1)      main方法中首次调用writeline方法时,jitcompiler函数会被调用,这个函数知道调用的是哪个方法(writeline),以及什么类型(console)调用了该方法;

2)      jitcompiler在定义了该类型的程序集元数据中查找该方法(writeline)的il,并对il进行验证,若无误,则将该il编译为本地cpu指令;

3)      将本地cpu指令保存至一个动态分配的内存块;

4)      jitcompiler返回最初为console类型创建的内部结构,找到writeline方法的入口,并将之前设置的指向jitcompiler的引用改为指向保存本地cpu指令的内存块;

5)      jitcompiler回到保存本地cpu指令的内存块,并执行该指令。

当console.writeline("hello")执行结束后,继续执行下一行代码console.writeline("goodbye"),由于console.writeline方法已经编译为本地cpu指令了,就会跳过jitcompiler函数的繁琐操作,直接执行本地cpu代码。但当应用程序终止后再次启动运行这段代码,jit编译器必须重新将il编译为本地cpu指令,因为之前是保存在内存块中的,程序终止后内存块会被清空。

q9: il有什么优势?

a9: il可以提高应用程序的健壮性和安全性。在将il编译为本地cpu指令时,clr会执行验证过程,确保代码做的一切都是安全的(参数数量是否正确,参数类型是否正确,返回值是否被正确使用等等)。

q10: 比较clr, cts和cls.

a10: clr是一个可以由多种编程语言使用的“运行时”, 它是围绕类型展开的,类型为应用程序和其他类型公开了功能,通过类型,可以用一种编程语言系的代码和另一种编程语言写的代码进行沟通,而cts则是一个”通用类型系统”,它描述了类型的定义和行为。而由于clr允许一种语言使用另一种语言定义的类型,但各种编程语言存在极大的区别,例如有些语言区分大小写而有些语言不区分,cls是一个 ”公共语言规范”, 它定义了一个最小功能集,用一种语言定义了一种类型时,若想要其他语言可以使用该类型,就不要在该类型的public和protected成员中使用超出cls的功能。每种编程语言都提供了clr/cts的一个子集以及cls的一个超集。

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