.NET程序運行原理及基本概念詳解

一、引言

我們知道在Java中有虛擬機，代碼運行時虛擬機把Java語言編譯成與機器無關的字節碼，然后再把字節碼編譯成機器指令執行，那么在.NET中程序是如何運行的呢?

其實運行原理是一樣的，.NET中的虛擬機是CLR（公共語言運行時），無論是C#程序還是VB程序，首先會由CLR編譯成與平台無關的中間語言IL，然后由公共語言運行時CLR的

即時編譯器JIT編譯成機器代碼，再由CPU去執行它。所以說.NET程序也是需要二次編譯才能運行，其中涉及的相關術語解釋如下：

1. IL/MSIL (Microsoft Intermediate Language) ：微軟中間語言 ，IL是MSIL的縮寫，譯為中間語言，.NET程序下的所有語言都會編譯成中間語言，所以他們之間可以相互調用，與語言無關；
2. CTS (Common Type System)：通用的數據類型系統，比如C#調用VS語言程序，雖然他們各自的數據類型定義不一樣，但是最終都會轉化為通用類型，比如c#中的int,VB語言中的integer,在CLS中都會轉化為System.int32,所以這兩者之間的程序可以相互調用；
3. CLS(Common Language Specification)：公共語言規范；
4. CLR (Common Language Runtime)：公共語言運行時，也有的叫公共語言運行庫；
5. JIT (Just in time)：即時編譯器。

二、控制台程序項目結構解釋

 為了更好的分析.NET程序的運行原理，首先我們在VS2019中新建一個控制台應用程序，名稱為：MyFirstAPP,成功后，我們可以看到系統為我們創建了以下結構：

 這些文件結構的基本含義為：

（1）Properties文件夾：（屬性文件夾）

AssemblyInfo.cs文件：這個主要保存程序發布后的版權信息，我們點擊   屬性=》 程序集信息 可以相關信息。

 （2）引用：這是我們可以添加其他應用程序集，比如系統類庫、其他項目或者模塊的類庫，Webservice服務等

 （3）Program.cs 文件: 這個是項目自定義的代碼類,打開以后，我們看到如下代碼：

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

namespace MyFirstApp
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("HelloWorld!");
        }
    }
}

我們大概分析一下系統默認生成的這些代碼：

1. using表示引用命名空間：如果我們需要引用其他類庫的中代碼，需要添加引用，相當於Java中的import，如果不使用using引入命名空間，那么我們使用類的時候，就需要通過“命名空間.類名”方式使用；
2. namespace表示聲明命名空間：命名空間是用來組織和重用知代碼的，我們所有的類必須要歸到指定的命名空間中。
3. class表示聲明類：命名空間中包括類，類是.net程序基本運行單元。
4. static void Main(string[] args)：表示聲明一個靜態方法，方法名稱為Main，args表示命令參數，這個方式不能修改，否則程序將不能啟動，因為這是整個程序的入口點。

三、.NET項目編譯

我們點擊編譯，然后打開項目文件夾，在  bin\Debug  下發現系統生成了三個文件，這三個文件的含義如下：

 

1. exe文件：編譯后生成的可執行文件，里面是MSIL中間語言。項目發布或給用戶可以直接運行的程序；
2. dll文件：編譯后生成的動態鏈接庫文件。里面也是MSIL中間語言；
3. pdb文件：包含了編譯后程序指向源代碼的位置信息，用於調試的時候定位源碼，方便調試；

我們把MyFirstApp.dll文件通過ildasm中間語言工具打開，可以看到這個程序的整個結構如下：

 然后雙擊main函數，可以看到該函數的中間語言表示如下：

四、運行過程

        第一步：我們上面的程序在編譯的時候，.NET會生成不依賴於操作系統和特定的CPU的中間語言，而中間語言

是可以在各個操作系統上都能編譯的代碼，這種代碼Java里面叫做ByteCode（字節碼），.NET

里面我們稱之為MSIL指令（微軟中間語言）這是程序編譯的第一步。

        第二步：不管是Java的字節碼還是.NET的MSIL指令是不能直接運行的，因為機器只能識別用0和1表示的機器語言

所以CLR里面的JIT需要將上面的MSIL在一次編譯成CPU能夠執行的機器指令，最終由電腦執行。整個過程如下圖所示：

五、總結

         以上是本次分享的內容，有些地方可能不一定正確，歡迎大家批評指正

	作者	高紅斌
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