接觸NET也有1年左右的時(shí)間了，NET的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對(duì)我產(chǎn)生了很大的吸引力。個(gè)人覺(jué)得：能對(duì)這些底部的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了解和熟練的話，對(duì)以后自己寫(xiě)代碼是有很大幫助的，好了，廢話不多說(shuō)，請(qǐng)看下邊：

.NET CLR 和 Java VM 都是堆疊式虛擬機(jī)器（Stack-Based VM），也就是說(shuō)，它們的指令集（Instruction Set）都是採(cǎi)用堆疊運(yùn)算的方式：執(zhí)行時(shí)的資料都是先放在堆疊中，再進(jìn)行運(yùn)算。JavaVM 有約 200 個(gè)指令（Instruction），每個(gè)指令都是 1 byte 的 opcode（操作碼），后面接不等數(shù)目的參數(shù)；.NET CLR 有超過(guò) 220個(gè)指令，但是有些指令使用相同的 opcode，所以 opcode 的數(shù)目比指令數(shù)略少。特別注意，.NET 的 opcode 長(zhǎng)度並不固定，大部分的 opcode 長(zhǎng)度是 1 byte，少部分是 2 byte。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 C# 原始碼：                

此程式執(zhí)行時(shí)，關(guān)鍵的記憶體有三種，分別是：

1、Managed Heap：這是動(dòng)態(tài)配置（Dynamic Allocation）的記憶體，由 Garbage Collector（GC）在執(zhí)行時(shí)自動(dòng)管理，整個(gè)Process 共用一個(gè) Managed Heap。

2、Call Stack：這是由 .NET CLR 在執(zhí)行時(shí)自動(dòng)管理的記憶體，每個(gè) Thread 都有自己專(zhuān)屬的 Call Stack。每呼叫一次 method，就會(huì)使得Call Stack 上多了一個(gè) Record Frame；呼叫完畢之后，此 Record Frame 會(huì)被丟棄。一般來(lái)說(shuō)，Record Frame 內(nèi)記錄著 method 參數(shù)（Parameter）、返回位址（Return Address）、以及區(qū)域變數(shù)（Local Variable）。Java VM 和 .NET CLR 都是使用 0, 1, 2… 編號(hào)的方式來(lái)識(shí)別區(qū)別變數(shù)。

3、Evaluation Stack：這是由 .NET CLR 在執(zhí)行時(shí)自動(dòng)管理的記憶體，每個(gè) Thread 都有自己專(zhuān)屬的 Evaluation Stack。前面所謂的堆疊式虛擬機(jī)器，指的就是這個(gè)堆疊。

后面有一連串的示意圖，用來(lái)解說(shuō)在執(zhí)行時(shí)此三種記憶體的變化。首先，在進(jìn)入 Main() 之后，尚未執(zhí)行任何指令之前，記憶體的狀況如圖1 所示：

圖1                

接著要執(zhí)行第一道指令 ldc.i4.1。此指令的意思是：在 Evaluation Stack 置入一個(gè) 4 byte 的常數(shù)，其值為 1。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖2 所示：

ldc.i4.1：表示加載一個(gè)值為1到堆棧中，該條指令的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)是：
ldc.typevalue：ldc指令加載一個(gè)指定類(lèi)型的常量到stack.
ldc.i4.number：ldc指令更加有效.它傳輸一個(gè)整型值-1以及0到8之間的整數(shù)給計(jì)算堆棧

圖2       

接著要執(zhí)行第二道指令 stloc.0。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出一個(gè)值，放到第 0 號(hào)變數(shù)（V0）中。這裡的第 0 號(hào)變數(shù)其實(shí)就是原始碼中的i。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖3 所示：

圖3                

后面的第三道指令和第五道指令雷同於第一道指令，且第四道指令和第六道指令雷同於第二道指令。為了節(jié)省篇幅，我不在此一一贅述。提醒大家第 1 號(hào)變數(shù)（V1）其實(shí)就是原始碼中的 j，且第 2 號(hào)變數(shù)（V2）其實(shí)就是源碼中的 k。圖4~7 分別是執(zhí)行完第三~六道指令之后，記憶體的變化圖：

圖4                

圖5


圖6

圖7

接著要執(zhí)行第七道指令 ldloc.0 以及第八道指令 ldloc.1：分別將 V0（也就是 i）和 V1（也就是 j）的值放到 Evaluation Stack，這是相加前的準(zhǔn)備動(dòng)作。圖8 與圖9 分別是執(zhí)行完第七、第八道指令之后，記憶體的變化圖：

圖8

圖9

接著要執(zhí)行第九道指令 add。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 取出兩個(gè)值（也就是 i 和 j），相加之后將結(jié)果放回 Evaluation Stack 中。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖10 所示：

圖10

接著要執(zhí)行第十道指令 ldloc.2。此指令的意思是：分別將 V2（也就是 k）的值放到 Evaluation Stack，這是相加前的準(zhǔn)備動(dòng)作。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖11 所示：

圖11

接著要執(zhí)行第十一道指令 add。從 Evaluation Stack 取出兩個(gè)值，相加之后將結(jié)果放回 Evaluation Stack 中，此為 i+j+k 的值。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖12 所示：

圖12

接著要執(zhí)行第十二道指令 stloc.3。從 Evaluation Stack 取出一個(gè)值，放到第 3 號(hào)變數(shù)（V3）中。這裡的第3號(hào)變數(shù)其實(shí)就是原始碼中的 answer。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖13 所示：

圖13

接著要執(zhí)行第十三道指令 ldstr "i+j+k="。此指令的意思是：將 "i+j+k=" 的 Reference 放進(jìn) Evaluation Stack。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖14 所示：

圖14

接著要執(zhí)行第十四道指令 ldloc.3。將 V3 的值放進(jìn) Evaluation Stack。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖15 所示：

圖15

接著要執(zhí)行第十五道指令 box [mscorlib]System.Int32，從此處可以看出，int到string實(shí)際是進(jìn)行了裝箱操作的，所以會(huì)有性能損失，可以在以后的編碼中減少裝箱操作來(lái)提高性能。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出一個(gè)值，將此 Value Type 包裝（box）成為 Reference Type。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖16 所示：

圖16

接著要執(zhí)行第十六道指令 call string [mscorlib] System.String::Concat(object, object)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出兩個(gè)值，此二值皆為 Reference Type，下面的值當(dāng)作第一個(gè)參數(shù)，上面的值當(dāng)作第二個(gè)參數(shù)，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.String.Concat() method 來(lái)將此二參數(shù)進(jìn)行字串接合（String Concatenation），將接合出來(lái)的新字串放在 Managed Heap，將其 Reference 放進(jìn) Evaluation Stack。值得注意的是：由於 System.String.Concat() 是 static method，所以此處使用的指令是 call，而非 callvirt（呼叫虛擬）。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖17 所示：

圖17

請(qǐng)注意：此時(shí) Managed Heap 中的 Int32(6) 以及 String("i+j+k=") 已經(jīng)不再被參考到，所以變成垃圾，等待 GC 的回收。

接著要執(zhí)行第十七道指令 call void [mscorlib] System.Console::WriteLine(string)。此指令的意思是：從 Evaluation Stack 中取出一個(gè)值，此值為 Reference Type，將此值當(dāng)作參數(shù)，呼叫 mscorlib.dll 所提供的 System.Console.WriteLine() method 來(lái)將此字串顯示在 Console 視窗上。System.Console.WriteLine() 也是 static method。執(zhí)行完此道指令之后，記憶體的變化如圖18 所示：

圖18

接著要執(zhí)行第十八道指令 ret。此指令的意思是：結(jié)束此次呼叫（也就是 Main 的呼叫）。此時(shí)會(huì)檢查 Evaluation Stack 內(nèi)剩下的資料，由於 Main() 宣告不需要傳出值（void），所以 Evaluation Stack 內(nèi)必須是空的，本范例符合這樣的情況，所以此時(shí)可以順利結(jié)束此次呼叫。而 Main 的呼叫一結(jié)束，程式也隨之結(jié)束。執(zhí)行完此道指令之后（且在程式結(jié)束前），記憶體的變化如圖19 所示：

圖19

通過(guò)此范例，讀者應(yīng)該可以對(duì)于 IL 有最基本的認(rèn)識(shí)。對(duì) IL 感興趣的讀者應(yīng)該自行閱讀 Serge Lidin 所著的《Inside Microsoft .NET IL Assembler》（Microsoft Press 出版）。我認(rèn)為：熟知 IL 每道指令的作用，是 .NET 程式員必備的知識(shí)。.NET 程式員可以不會(huì)用 IL Assembly 寫(xiě)程式，但是至少要看得懂 ILDASM 反編譯出來(lái)的 IL 組合碼。