你的C#代碼是怎么跑起來的（二）

接上篇：你的C#代碼是怎么跑起來的（一）

通過上篇文章知道了EXE文件的結構，現在來看看雙擊后是怎樣運行的：

雙擊文件后OS Loader加載PE文件並解析，在PE Optional Header里找到基地址和RVA，通過這兩個確定了程序的入口地址，這個地址指向MsCorEE.dll的_CorExeMain()，執行它。_CorExeMain()開始執行，選擇加載合適版本的CLR，CLR開始運行，CLR運行時會分配一個連續的地址空間用作托管堆，並用一個指針NextObjPtr指到開始位置，下次分配內存時就從指針指的位置開始。

CLR運行后從CLR頭里找到應用程序入口標識，也就是Main()方法的MethodDefToken，通過這個標識在元數據表MethodDef里找到Main方法的偏移位置，這樣就可以找到Main()的IL代碼。

CLR檢查Main方法里面是否有沒加載的類型，沒有的話就加載進來並在托管堆上建一個類型對象，類型對象包含靜態字段，方法，基類的引用。然后給類型的方法表里每個方法一個存根，存根是用於標識是否被JIT編譯過。

JIT: just-in-time Compiler，即時編譯器。

JIT編譯之前CLR會對Main方法的代碼進行驗證，確保類型安全且元數據正確，一切沒問題后先檢查類型方法表里這個方法的存根，不為空的話表示已經編譯過就不需要再次編譯，沒有的話JIT把這段IL代碼編譯成本地代碼保存到內存中並方法表的存根做上標記，然后JIT返回編譯前的位置並把原來CLR指向JIT的地址修改為指向本地代碼的地址，這樣函數的本地代碼開始執行。程序執行到哪里就編譯到哪里，沒有執行到的就不會加載和編譯，同樣的代碼再次執行的話就直接在內存里拿了，這也是為什么第一次運行C#時比較慢而后面就快的原因。這樣就開始陸續執行所有的代碼，程序也就跑起來了。

在內存上，運行線程會把函數的參數和局部變量壓入線程棧上，棧上的空間默認是1M，方法的參數和局部變量都會壓到函數的棧幀上，方法里的對象在托管堆NextObjPtr指向的位置分配內存並把內存地址存到棧上的局部變量里。CLR會給托管堆上的每個對象包括對象類型都添加兩個字段，一個對象類型指針，一個同步塊索引。

說起棧幀，大家在調試代碼時應該都喜歡用CallStack吧，這可以通過看調用棧很方便來定位出問題的具體原因，這個CallStack也就是方法的棧幀的具體顯示，一級一級的。

對象類型指針從字面上就很容易知道跟類型有關。CLR剛開始運行時就分配了一個Type的對象類型，他的對象類型指針指向自己，后面創建的對象類型的對象類型指針指針就指向這個Type，而new出來的對象的對象類型指針就指向它的類型，這樣所有對象都能找到自己的類型使CLR在運行時能確保類型安全。

同步塊索引的格式是前6個標志位加后面26位內容（32位系統），作用則有好幾個。

1. 調用對象的gethashcode()后標志位改變一位，后26位會存儲對象的hashcode，保證對象生命周期內hashcode的唯一；

2. lock時用到，CLR會維護一個同步塊數組，每項由一個指向同步塊的指針和對象指針組成，lock時同樣改變標識位，然后去同步塊數組找一個閑置項，后26則變成這項在數組中的索引，有人要問了，剛才hashcode不是用了這26位嗎，現在變了，hashcode豈不是丟了。確實，hashcode在lock之后不能直接存到索引了，不過同步塊中專門准備了一個字段用來存hashcode，所以可以轉移到同步塊中，這樣設計是為了節省內存，因為大部分情況下是不用lock的，也就不需要增加多余的同步塊。

另外為什么是索引而不是地址呢，因為同步塊數組的大小不是固定的，隨着對象的增多而變大，在內存上的位置可能會發生變化，所以用索引就不用管數組在哪個位置了。

當線程進入lock后檢查同步塊的m_motion，發現沒有標識則進入lock區域並把標識改變，如果已經有同一個線程進去則把計數器加1，如果已經有其他線程則等待。

3. 垃圾回收時的標識，GC觸發時首先認為所有的對象都是垃圾，由局部變量，寄存器，靜態變量這些根向上找，凡是包含的對象都認為還有引用，在同步塊索引上修改一位標識，當所有對象都遍歷過后沒有標識的對象就會被清掉，然后再是整理內存、修改引用地址等。

看個簡單的例子，只用於演示，不考慮合理性：

using System;

namespace Test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int height = 170;
            int weight = 60;
            People.Find();
            People developer = new Developer()(height, weight);
            bool isHealthyWeight = developer.IsHealthyWeight();
            bool isRich = developer.IsRich();
        }
    }

    class People
    {
        int _height;
        int _weight;

        public People(int height, int weight)
        {
            _height = height;
            _weight = weight;
        }

        public virtual bool IsRich();

        public bool IsHealthyWeight()
        {
            var healthyWeight = (Height - 80) * 0.7;
            return Weight <= healthyWeight * 1.1 && Weight >= healthyWeight * 0.9;
        }

        public static string Find(string id) { return ""; }
    }

    class Developer : People
    {
        public Developer(int height, int weight) : base(height, weight)
        { }

        public override bool IsRich()
        {
            return false;
        }
    }
    
}

*圖片不清楚可以放大看

首先判斷類型是否都加載，用到了int，bool，string，這些是在mscorlib.dll程序集的system命名空間下，所以先加載mscorlib.dll程序集，再把int，bool，string加到類型對象里。另外還有我們自己定義的Developer和People，也把類型對象創建好，另外也別忘了基類object，也要加載進來。（實際上還有double啊，這里就沒畫了）另外繼承類的類型對象里面都有個字段指向基類，所以才能往上執行到基類方法表里的方法。

局部變量都在線程棧上，Find()方法是靜態方法，直接去People類型對象的方法表里去找，找到后看是否有存根標識，沒有的話做JIT編譯，有的話直接運行。

developer的實例化雖然是用People定義的，但實例還是Developer，所以developer的類型對象指針指向Developer，對象里除了類型對象指針還有實例字段，包括基類的。內存分配在托管堆上，並把地址給到線程棧上的變量中。

虛函數也一樣，在運行時已經確定是Developer，所以會調用Developer方法表里的IsRich方法，一樣先JIT，再運行。

以上就是一個簡單的C#程序的運行過程和在內存上的表現，本篇主要內容來自CLR via C#這本書，小弟算是總結一下，謝謝觀看。