[你必須知道的.NET]第十四回：認識IL代碼---從開始到現在

自從『你必須知道.NET』系列開篇以來，受到大家很多的關注和支持，給予我巨大的鼓勵和動力。俱往昔，我發現很多的園友都把目光和焦點注意在如何理解IL代碼這個問題上。對我來說，這真是個莫大的好消息，因為很明顯我們的思路慢慢的從應用向底層發生著轉變，技巧性的東西是一個方面的積累，底層的探索在我認為也是必不可少的修煉。如果我們選擇了來關注這項修煉，那么我們就應該選擇如何來著手這項修煉。本文從幾個重點的IL指令開始，力求通過對比性的分析和深入來逐步揭開IL的神秘與迷惑，正如我們在開始強調的那樣，本文只是個開始也許也是個階段，對IL的探求正如我自己的腳步一樣，也在繼續著，為的是在.NET的技術世界能夠有更多的領悟。作者期望通過不斷的努力逐漸和大家一起從IL世界探求.NET世界，在以后的討論中我們間或的繼續這個主題的不斷成長。

[你必須知道的.NET]

第十四回：教你認識IL代碼---從開始到現在

發布日期：2007.8.22 作者：Anytao
?2007 Anytao.com，原創作品，轉貼請注明作者和出處。

本文將介紹以下內容：

· IL代碼分析方法

· IL命令解析

· .NET學習方法論

1. 引言

自從『你必須知道.NET』系列開篇以來，受到大家很多的關注和支持，給予了anytao巨大的鼓勵和動力。俱往昔，我發現很多的園友都把目光和焦點注意在如何理解IL代碼這個問題上。對我來說，這真是個莫大的好消息，因為很明顯我們的思路慢慢的從應用向底層發生著轉變，技巧性的東西是一個方面的積累，底層的探索在我認為也是必不可少的修煉。如果我們選擇了來關注這項修煉，那么我們就應該選擇如何來著手這項修煉，首先關注anytao的『你必須知道的.NET』系列可以給你提供一個捷徑，少花一些功夫；其次對大師級的作品也應有更深入的了解，如《Applied Microsoft .NET Framework Programming》、《.NET本質論》；再次，就是像我一樣從博客園和MSDN的知識庫中不斷的成長。呵呵，除了給自己做了個廣告之外，我認為不管是何種途徑，了解和認識IL代碼，對于我們更深刻的理解.NET和.NET應用之上的本質絕對有不一樣的收獲，這也就是本文研究和分享的理由。

那么，我們要了解IL代碼，就要知道了解IL的好處，時間對每個程序設計師來說都是寶貴的，你必須清楚自己投資的價值再決定投入的資本。對于.NET程序員來說，IL代碼意味著：

· 通用的語言基礎是.NET運行的基礎，當我們對程序運行的結果有異議的時候，如何透過本質看表面，需要我們從本質入手來探索，這時IL是你必須知道的基礎；

· 元數據和IL語言是CLR的基礎，了解必要的中間語言是深入認識CLR的捷徑；

· 大量的事例分析是以IL來揭密的，因此了解IL是讀懂他人代碼的必備基礎，可以給自己更多收獲。

很明顯這些優越性足以誘惑我們花時間和精力涉獵其中。然而，了解了IL的好處，并不意味著我們應該過分的來關注IL，有人甚至可以洋洋灑灑的寫一堆IL代碼來實現一個簡單Hello world程序，但是正如我們知道的那樣，程序設計已經走過了幾十年的發展，如果純粹的陶醉在歷史中，除了腦子不好，沒有其他的解釋。不然看見任何代碼都以IL的角度來分析，又將走進另一個誤區，我們的宗旨是追求但不過分。

因此，有了上述了應該了解的理由和不應該過分的基線，在擺正心態的前提下，本文開始以作者認為的方式來展開對IL代碼的認識，作者期望通過本文的闡述與分析使得大家都能對IL有個概觀之解，并在平時的項目實踐中使用這種方法通過了解自己的代碼來了解.NET。我想，這種方法應該是值得提倡和發揮的最佳實踐，不知你信不信呢？呵呵。

2. 使用工具

俗話說，工欲善其事，必先利其器。IL的器主要就是ILadsm.exe和reflector.exe，這兩個工具都是了解IL的基礎，其原理都是通過反射機制來查看IL代碼。

· ILadsm.exe

打開.NET Framework SKD 命令提示行，輸入ildasm回車即可打開，如圖所示：

上圖是我們熟悉的《第十三回：從Hello, world開始認識IL》中的示例，其中的樹形符號代表的意思，可以從MSDN的一張經典幫助示例來解釋，如下圖所示：

（圖表來源：MSDN）

· reflector.exe【下載】

Reflector是Lutz Roeder開發的一個讓人興奮的反編譯利器，目前的版本是Version 5.0.35.0，可以支持.NET3.0，其功能也相當強大，在使用上也較ILDASM更加靈活，如圖所示：

Reflector可以方便的反編譯為IL、C#、VB、Delphi等多種語言，是深入了解IL的最佳利器。

在本文中我們以最簡單的ILadsm.exe為說明工具。

3. 分析結構

分析IL結構，就參閱《第十三回：從Hello, world開始認識IL》，已經有了大致的介紹，在此不需要進行過多的筆墨，實際上IL的本身的結構也不是很復雜，了解了大致的體系即可。

4. 解析常用命令

我們在了解了IL文件結構的基礎上，通過學習常用的IL命令，就可以基本上對IL達到了了解不過分的標準，因此對IL常用命令的分析就是本文的重點和要點。我們通過對常用命令的解釋、示例與分析，逐步了解你陌生的語言世界原來也很簡單。

IL指令集包括了基礎指令集和對象模型指令集大概有近200多個，對我們來說消化這么多的陌生指令顯然不是明智的辦法，就行高級語言的關鍵字一樣，我們只取其一瓢獨飲，抓大放小的革命傳統同樣是有效的學習辦法，詳細的指令集解釋請下載[MSIL指令速查手冊]。

4.1 newobj和initobj

newobj和intiobj指令就像兩個兄弟，常常讓我們迷惑在其然而不知其所以然，雖然認識但是不怎么清楚，這種感覺很郁悶，下面就讓我們看看他們的究竟：

代碼引入

指令說明

深入分析

從上面的代碼中，我們可以得出哪些值得推敲的結論呢？

MSDN給出的解釋是：newobj用于分配和初始化對象；而initobj用于初始化值類型。

那么newobj又是如何分配內存，完成對象初始化；而initobj又如何完成對值類型的初始化呢？

顯然，關于newobj指令，在《第五回：深入淺出關鍵字---把new說透》中，已經有了一定的介紹，簡單說來關于newobj我們有如下結論：

· 從托管堆分配指定類型所需要的全部內存空間。

· 在調用執行構造函數初始化之前，首先初始化對象附加成員：一個是指向該類型方法表的指針；一個是SyncBlockIndex，用于進行線程同步。所有的對象都包含這兩個附加成員，用于管理對象。

· 最后才是調用構造函數ctor，進行初始化操作。并返回新建對象的引用地址。

而initobj的作用又可以小結為：

· 構造新的值類型，完成值類型初始化。值得關注的是，這種構造不需要調用值類型的構造函數。具體的執行過程呢？以上例來說，initobj MyStruct的執行結果是，將MyStruct中的引用類型初時化為null，而基元類型則置為0。

因此，值類型的初始化可以是：

//initobj方式初始化值類型

initobj Anytao.net.My_Must_net.IL.MyStruct

同時，也可以直接顯示調用構造函數來完成初始化，具體為

MyStruct ms = new MyStruct(123);

對應于IL則是對構造函數cto的調用。

//調用構造函數方式初始化值類型

call instance void Anytao.net.My_Must_net.IL.MyStruct::.ctor(int32)

· Initobj還用于完成設定對指定存儲單元的指針置空（null）。這一操作雖不常見，但是應該引起注意。

由此可見，newobj和initobj，都具有完成實例初始化的功能，但是針對的類型不同，執行的過程有異。其區別主要包括：

· newobj用于分配和初始化對象；而initobj用于初始化值類型。因此，可以說，newobj在堆中分配內存，并完成初始化；而initobj則是對棧上已經分配好的內存，進行初始化即可，因此值類型在編譯期已經在棧上分配好了內存。

· newobj在初始化過程中會調用構造函數；而initobj不會調用構造函數，而是直接對實例置空。

· newobj有內存分配的過程；而initobj則只完成數據初始化操作。

關于對象的創建，還有其他的情況值得注意，例如：

· Newarr指令用來創建一維從零起始的數組；而多維或非從零起始的一維數組，則仍由newobj指令創建。

· String類型的創建由ldstr指令來完成，具體的討論我們在下文來展開。

4.2 call、callvirt和calli

call、callvirt和calli指令用于完成方法調用，這些正是我們在IL中再熟悉不過的幾個朋友。那么，同樣是作為方法調用，這幾位又有何區別呢？我們首先對其做以概括性的描述，再來通過代碼與實例，進入深入分析層面。

· call使用靜態調度，也就是根據引用類型的靜態類型來調度方法。

· callvirt使用虛擬調度，也就是根據引用類型的動態類型來調度方法；

· calli又稱間接調用，是通過函數指針來執行方法調用；對應的直接調用當然就是前面的：call和callvirt。

然而，雖然有以上的通用性結論，但是對于call和callvirt不可一概而論。call在某種情況下可以調用虛方法，而callvirt也可以調用非虛方法。具體的分析我們在以后的文章中來展開，暫不做過多分析。

5. 結論

本文從幾個重點的IL指令開始，力求通過對比性的分析和深入來逐步揭開IL的神秘與迷惑，正如我們在開始強調的那樣，本文只是個開始也許也是個階段，對IL的探求正如我自己的腳步一樣，也在繼續著，為的是在.NET的技術世界能夠有更多的領悟。作者期望通過不斷的努力逐漸和大家一起從IL世界探求.NET世界，在以后的討論中我們間或的繼續這個主題的不斷成長。

[下載]

reflector.exe

IL指令速查手冊（感謝溫少提供）

參考文獻

（USA）Jeffrey Richter, Applied Microsoft .NET Framework Programming

（USA）David Chappell， Understanding .NET

[公告]

【CLR團隊公告】活動公告、邀請函、團隊綱領

【系列公告】從架構到設計、你必須知道的.NET

溫故知新

[開篇有益]
[第一回：恩怨情仇：is和as]
[第二回：對抽象編程：接口和抽象類]
[第三回：歷史糾葛：特性和屬性]
[第四回：后來居上：class和struct]
[第五回：深入淺出關鍵字---把new說透]
[第六回：深入淺出關鍵字---base和this]
[第七回：品味類型---從通用類型系統開始]
[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內存有理]
[第九回：品味類型---值類型與引用類型（中）－規則無邊]
[第十回：品味類型---值類型與引用類型（下）－應用征途]
[第十一回：參數之惑---傳遞的藝術（上）]
[第十二回：參數之惑---傳遞的藝術（下）]
[第十三回：從Hello, world開始認識IL]