C#基础拾遗系列之一:先看懂IL代码

小说:角斗士遗骸 身高作者:伯宗戏更新时间:2019-02-21字数:44058

C#基础拾遗系列之一:先看懂IL代码


一、前言

首先,想说说为什么要写这样系列的文章,有时候在和同事朋友聊天的时候,经常会听到这样的话题:

(1)在这家公司没什么长进,代码太烂,学不到东西。(你有没有想想框架为什么这样写,代码还可以怎么去优化,比如公司使用Dapper,源码研究过没以及这样封装原因是啥)

(2)现在只会Ctrl + C  Ctrl +V  ,不排除有时为了效率,包括我自己有时候也懒的写直接复制粘贴  (是不是感觉距离语言的本质越来越远了)

(3)Ctrl + C  Ctrl +V 时间长了,都有点怀疑自己是否有勇气面试其他公司 (是不是总给自己找借口,年龄大了,不敢疯狂了,当然大家不要误解,我没鼓励大家跳槽)

(4)干了几年没什么提高 (无论要精通那门技术,我们都应该从其本质出发)

最近也在反思自己,之前看到博客园大神:fish-li 的一篇文章《Fish Li 该如何帮助您呢?》其中说到:如何做一个有追求的技术人员,受益匪浅。以及张善友老师分享的关于雷果果的技术之路,大家都羡慕这些大神,何曾想过他们背后的付出,不要再抱怨环境不好,环境好也是给这些有准备和有追求的人,很感谢有这样的前辈,现在的社会确实很浮躁,但与我何干,好了毒鸡汤就灌到这里,大家如果有共鸣的话,不要表达出来了,默默想想。

二、IL指令

(1)什么是IL

IL(Intermediate Language),它也称为CIL或者MSIL,中文就是“中间语言”。IL由ECMA组织(ECMA-335标准)提供完整的定义和规范。我们可以直接把C#源码编译为.exe或dll文件,但是此时编译出来的程序代码并不是CPU能直接执行的二进制代码,而是IL代码。

(2)反编译工具

在这里使用ILDasm.exe,不适用其他的反编译工具,这个工具在安装完毕VS2010后就已经存在了,大家可以在开始菜单中输入“IL”关键字进行搜索,如果没有的话,到C:Program Files(x86)Microsoft SDKsWindowsv7.0ABinNETFX4.0Tools

(3)IL 指令表

IL指令表

三、使用工具查看IL代码

案例一:

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            string helloString = "Hello World";
            Console.WriteLine(helloString);
        }
    }
}

从上图可以看到IL结构:包含MANIFEST文件和ConsoleApplication1,其中MANIFEST是一个清单文件,主要包括程序集的一些属性,例如程序集名称、版本号、哈希算法、程序集模块,以及对外部引用程序的引用项目。.Program类是我们要主要介绍的内容。

(1)MANIFEST清单文件介绍

// Metadata version: v4.0.30319
.assembly extern mscorlib
{
  .publickeytoken = (B7 7A 5C 56 19 34 E0 89 )                         // .zV.4..
  .ver 4:0:0:0
}
.assembly ConsoleApplication1
{
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilationRelaxationsAttribute::.ctor(int32) = ( 01 00 08 00 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.RuntimeCompatibilityAttribute::.ctor() = ( 01 00 01 00 54 02 16 57 72 61 70 4E 6F 6E 45 78   // ....T..WrapNonEx
                                                                                                             63 65 70 74 69 6F 6E 54 68 72 6F 77 73 01 )       // ceptionThrows.

  // --- 下列自定义属性会自动添加,不要取消注释 -------
  //  .custom instance void [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute::.ctor(valuetype [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute/DebuggingModes) = ( 01 00 07 01 00 00 00 00 ) 

  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTitleAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 13 43 6F 6E 73 6F 6C 65 41 70 70 6C 69 63   // ...ConsoleApplic
                                                                                              61 74 69 6F 6E 31 00 00 )                         // ation1..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyDescriptionAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyConfigurationAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCompanyAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyProductAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 13 43 6F 6E 73 6F 6C 65 41 70 70 6C 69 63   // ...ConsoleApplic
                                                                                                61 74 69 6F 6E 31 00 00 )                         // ation1..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCopyrightAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 12 43 6F 70 79 72 69 67 68 74 20 C2 A9 20   // ...Copyright .. 
                                                                                                  20 32 30 31 38 00 00 )                            //  2018..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTrademarkAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.ComVisibleAttribute::.ctor(bool) = ( 01 00 00 00 00 ) 
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.GuidAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 24 62 35 32 39 36 38 63 32 2D 64 66 63 33   // ..$b52968c2-dfc3
                                                                                                  2D 34 65 38 31 2D 38 32 64 32 2D 64 39 66 35 62   // -4e81-82d2-d9f5b
                                                                                                  62 33 32 38 33 64 37 00 00 )                      // b3283d7..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyFileVersionAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 07 31 2E 30 2E 30 2E 30 00 00 )             // ...1.0.0.0..
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.Versioning.TargetFrameworkAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 1C 2E 4E 45 54 46 72 61 6D 65 77 6F 72 6B   // ....NETFramework
                                                                                                        2C 56 65 72 73 69 6F 6E 3D 76 34 2E 35 2E 32 01   // ,Version=v4.5.2.
                                                                                                        00 54 0E 14 46 72 61 6D 65 77 6F 72 6B 44 69 73   // .T..FrameworkDis
                                                                                                        70 6C 61 79 4E 61 6D 65 14 2E 4E 45 54 20 46 72   // playName..NET Fr
                                                                                                        61 6D 65 77 6F 72 6B 20 34 2E 35 2E 32 )          // amework 4.5.2
  .hash algorithm 0x00008004
  .ver 1:0:0:0
}
.module ConsoleApplication1.exe
// MVID: {A09A2101-9A49-483A-A224-5D2E14D231A6}
.imagebase 0x00400000
.file alignment 0x00000200
.stackreserve 0x00100000
.subsystem 0x0003       // WINDOWS_CUI
.corflags 0x00020003    //  ILONLY 32BITREQUIRED
// Image base: 0x01110000
View Code

介绍:

指定当前程序集需要引用的外部程序集,如上面 ConsoleApplication1.exe就是引用了mscorlib.

.publickeytoken = (标记 ) 指定所引用程序集的实际公钥标记。公钥能唯一确定程序集。

.ver指定引用程序集的版本

.assembly 程序集名称  指定程序集名称

.hash algorithm int32值  :  指定使用的hash算法

.ver :指定程序集版本号

.module ConsoleApplication1.exe    指定组成程序集的模块名称,在此示例中,程序集中只包含一个文件
.subsystem 0x0003 // WINDOWS_CUI  指定程序要求的应用程序环境。在此示例中,0x0003表示该可执行文件从控制台运行
.corflags 0x00020003 // ILONLY 32BITREQUIRED 当前是元数据中的一个保留字段

.class表示的Program是一个类,extends 代表Program类继承于程序集mscorlib中的System.Object类,这就告诉我们,在C#中所有的类的父类都是Object。

private为访问权限,表明该类是私有的。

auto:表明程序加载的时候内存布局是有CLR决定的,而不是由程序本身控制的。

ansi:表明类的编码为ansi编码

beforefieldinit :表明CLR可以在第一次访问静态字段之前的任何时刻执行类型构造函数。类型构造函数也就是构造函数,而使用beforefieldinit属性可以提高性能。

.ctor 表示构造函数

cil managed 表明方法体中的代码是IL代码,且是托管代码,即运行在CLR运行库中的代码

.maxstack 表明执行构造函数时,评估堆栈可容纳数据项的最大个数。评估堆栈是保存方法中所需变量的值的一个内存区域,该区域在方法执行结束时会被清空,或者存储一个返回值

IL_0000是代码行的开头一般在IL_标记之前的部分为变量的声明和初始化操作

ldarg.0表明加载第一个成员参数,其中ldarg是load argument 的缩

call 指令一般用于调用静态方法,而这段代码中call指令并不是在调用静态函数,而是调用System.Object构造函数。另外一个指令则一般用来调用实例方法,它的调用过程是:首先检查被调用的函数是否为虚函数,

如果不是就直接调用,如果是则检查子类是否重写,如果有重写就调用子类中的实现,如果没有重写就继续调用原来函数。

ret 指令表示执行完毕,就是return的缩写

 

最后是Main函数,它是应用程序的入口函数:

hidebysig指令表示如果当前类作为父类,用该指令标记的方法将不会被子类继承

.entrypoint指令代表该函数是程序的入口函数,每个托管应用程序都有且只有一个入口函数,CLR加载的时候,首先从.entrypoint函数开始执行。

.locals init ([0] string helloString) 表示定义string 类型的变量,变量名成为:helloString

IL_0000: nop 表示不做任何操作 No Operation

ldstr "Hello World" :  ldstr:推送对元数据中存储的字符串的新对象引用   表示:将字符串“Hello World” 压入评估栈,此时“Hello World” 处于评估栈的栈定,栈是一种数据结构,具有先进后出的特性。

stloc.0  :从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 0 处的局部变量列表中(也就helloString)  在此示例中:就是把字符串"Hello World" 赋值给变量helloString

ldloc.0 :将索引 0 处的局部变量加载到计算堆栈上。也就是:把变量helloString 加载到计算堆栈上

(以ld为前缀的指令表示:入栈操作  st为前缀的指令则代表着出栈操作)

call :指令表示调用静态函数, 这里调用的是Console类中的WriteLine函数,把第0个局部变量输出到控制台中

案例二:

(1)IL基本类型

任何都有其内置的类型,IL语言也不例外,因为C#语言最终都会编译成IL代码,所以两者必然存在一种对应关系:

 (2)IL变量的声明

.locals 指令代表变量的声明,声明语句放在IL_标记前面。例如在前面的程序中,

.locals init ([0] string helloString)  就声明了一个名为helloString的变量,其中类型为string

(3)基本运算符

算数运算符:加法指令add   、乘法指令sub、出发指令div、以及求余指令rem等

位运算符:包括一元指令not 、与指令and、或指令or,结果以1 和 0 分别表示真、假,运算结果压入评估栈栈顶

比较运算:包括大于指令cgt、小于指令clt 和等于指令 ceq

 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ILAdd
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int i = 2;
            int j = 3;

            int result = i + j;

            Console.WriteLine(result);

        }
    }
}

 

 IL代码分析如下:

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  // 代码大小       17 (0x11)
  .maxstack  2
//声明三个变量
  .locals init ([0] int32 i,
           [1] int32 j,
           [2] int32 result)
//不做任何操作
  IL_0000:  nop
//将整数值 2以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
  IL_0001:  ldc.i4.2
//把评估栈顶的值弹出,并赋值给第0个局部变量(即 i),等价于i = 2
  IL_0002:  stloc.0
//将整数值 3以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
  IL_0003:  ldc.i4.3
//把评估栈顶的值弹出,并赋值给第1个局部变量(即 j),等价于j = 2
  IL_0004:  stloc.1
//把第0个变量压入评估栈,即把变量 i 压入评估栈
  IL_0005:  ldloc.0
//把第1个变量压入评估栈,即把变量 j 压入评估栈
  IL_0006:  ldloc.1
//执行add操作,之后将把变量i和j清空,并把操作结果保存在评估栈站顶
  IL_0007:  add
//把站顶的值弹出,并赋值给第二个局部变量(即result) ,此时result即为i+j 的值,因为栈顶为两个值的和
  IL_0008:  stloc.2
//将索引 2 处的局部变量加载到计算堆栈上。就是result
  IL_0009:  ldloc.2
//call调用静态函数
  IL_000a:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
  IL_000f:  nop
//返回
  IL_0010:  ret
} // end of method Program::Main
View Code
static void Main(string[] args)
        {
            int i = 2;
            if (i>0)
            {
                Console.WriteLine("i为正数");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("i为0或负数");
            }
        }

IL分析如下:

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  // 代码大小       40 (0x28)
  .maxstack  2
  .locals init ([0] int32 i,
           [1] bool V_1)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldc.i4.2
  IL_0002:  stloc.0
  IL_0003:  ldloc.0
  IL_0004:  ldc.i4.0
//执行大于指令,比较i与0,运算结果存在于评估栈栈顶,1表示真,即i>0为真
  IL_0005:  cgt
//就是把比较后的值赋值个变量V_1
  IL_0007:  stloc.1
// 把变量V_1压入评估栈
  IL_0008:  ldloc.1
//如果 value 为 false、空引用或零,则将控制转移到目标指令 
  IL_0009:  brfalse.s  IL_001a
  IL_000b:  nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
  IL_000c:  ldstr      bytearray (69 00 3A 4E 63 6B 70 65 )                         // i.:Nckpe
  IL_0011:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0016:  nop
  IL_0017:  nop
//无条件地将控制转移到目标指令(短格式)
  IL_0018:  br.s       IL_0027
  IL_001a:  nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
  IL_001b:  ldstr      bytearray (69 00 3A 4E 30 00 16 62 1F 8D 70 65 )             // i.:N0..b..pe
  IL_0020:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0025:  nop
  IL_0026:  nop
  IL_0027:  ret
} // end of method Program::Main
View Code

案例三:const的本质

namespace ConstIL
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
       
            Console.WriteLine(Person.num);
        }
    }

    public class Person
    {
        /// <summary>
        /// 这个就是一个所谓的const常量
        /// </summary>
        public const int num = 10;
    }
}
View Code

 IL代码分析:

为什么可以直接类名.num?这种语法只有在该常量为static修饰是才可以,下面我们来看看IL:

.field public static literal int32 num = int32(0x0000000A)

 看到没,const其实就是一个static的变量,一个静态的值,因为它是跟着类走的。而不是实例。所以 const的特征如下:

(1)固定不变的值。

(2)在编译的时候就已经确定了。

(3)在初始化的时候设置值

 

好了,先写到这里,回家前写这一篇,希望对你有帮助。

 

 参考书籍:《Learning Hard》

参考文章:http://www.cnblogs.com/flyingbirds123/archive/2011/01/29/1947626.html

 

作者:郭峥

出处:http://www.cnblogs.com/runningsmallguo/

本文版权归作者和博客园共有,欢迎转载,但未经作者同意必须保留此段声明,且在文章页面明显位置给出原文链接。

当前文章:http://www.leetaemin.cn/lo5beb60f3/index.html

发布时间:2019-02-21 02:06:52

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