CIL之——初识CIL

通用中间语言（Common Intermediate Language，简称CIL）（亦被称作MSIL或IL）是一种属于通用语言基础架构和.NET框架的低阶（lowest-level）的人类可读的编程语言，它是一种代码指令集。CIL可以在任何支持CLI（Common Language Infrastructure，通用语言基础架构）的环境中运行，.NET是微软对CLI的实现，Mono是Xamarin对CLI的又一实现，所以CIL能在.NET运行时以及Mono运行时中运行，跟具体的平台或者CPU无关，这样就无需为不同的平台部署不同的内容了。
如果想让一份代码在不同的平台中运行，只需要把代码的编译分为两部分即可：
1、把源代码编译成CIL的预编译过程（其实之后CIL还会被编译成一种位元码，生成一个CLI Assembly）
2、运行时把CIL（其实是CLI Assembly）编译成本地指令的即时编译过程

初始CIL代码

C#代码：

namespace ConsoleTest
{class Program{// Methodsprivate static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Hello World");Console.ReadKey();}}
}

CIL代码：

.class private auto ansi beforefieldinit ConsoleTest.Programextends [mscorlib]System.Object
{.method public hidebysig specialname rtspecialname instance void  .ctor() cil managed{// 代码大小       7 (0x7).maxstack  8IL_0000:  ldarg.0IL_0001:  call       instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()IL_0006:  ret} // end of method Program::.ctor.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed{.entrypoint// 代码大小       19 (0x13).maxstack  8IL_0000:  nopIL_0001:  ldstr      "Hello World"IL_0006:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)IL_000b:  nopIL_000c:  call       valuetype [mscorlib]System.ConsoleKeyInfo [mscorlib]System.Console::ReadKey()IL_0011:  popIL_0012:  ret} // end of method Program::Main} // end of class ConsoleTest.Program

代码虽然简单，但也足够说明一些问题，下面让我们了解一下CIL代码：
1、以”.”一个点号开头的，例如上面这份代码中的.class、.method以及本例中未出现的.namespace，我们称之为CIL指令，用于描述.NET程序集总体结构的标记。为啥需要它呢？因为你总得告诉编译器你处理的是啥吧。
2、CIL代码中还出现了private、public，我们称之为CIL特性（attribute）。通过CIL指令并不能完全说明.NET成员和类，CIL特性的作用就是针对CIL指令进行补充说明成员或者类的特性。市面上常见的还有：extends、implements等等。
3、每一行CIL代码都使用了CIL操作码，例如：ldarg.0、ldstr、call、nop、ret等。
然后比较C#代码与对应的CIL 代码的不同之处：
1、C#代码Program类中没有构造方法，CIL代码中却有，说明编译器自动为类生成了无参构造方法。
2、为什么程序运行后总是执行Main()方法呢？因为Main()方法中设置了程序入口点（即.entrypoint），并不是因为它的名字是Main就得先执行……
3、经过对比发现：CIL代码比C#代码更接近程序的本质

基于堆栈

CIL是基于堆栈的，也就是说CIL 的VM（mono运行时）是一个栈式机。这就意味着数据是先推入堆栈，然后通过堆栈来操作的，而不是通过CPU寄存器来操作，这更加验证了其和具体CPU架构没有关系。
CIL之所以是基于堆栈而非CPU的一个原因是相比较于CPU的寄存器，操作堆栈实在太简单了，只需要简单的压栈和弹出，这对于虚拟机的实现来说再合适不过了。如果想要更具体地了解CIL基于堆栈这一点，各位可以去看一下堆栈这方面的内容，这里就不拓展了。

面向对象

就像C#一样，CIL同样是面向对象的。这就意味着在CIL中你可以创建对象，调用对象的方法，访问对象的成员。而这里需要注意的就是对方法的调用，调用静态方法和调用实例方法是不一样的。

静态方法：ldarg.0没有被占用，所以参数从ldarg.0开始
实例方法：ldarg.0被this占用，所以参数从ldarg.1开始

举例说明，假设类Guo中有一个静态方法和一个实例方法，代码如下：

namespace ConsoleTest
{public class Guo{public static int Subtract(int num1, int num2){return num1 - num2;}public void Show(string message){Console.WriteLine(message);}}
}

a. 静态方法Subtract的CIL代码如下：

.method public hidebysig static int32  Subtract(int32 num1,int32 num2) cil managed
{// 代码大小       9 (0x9).maxstack  2.locals init ([0] int32 CS$1$0000)//初始化局部变量。由于本方法的返回值为int型，所以声明了一个int32类型的局部变量，用以保存返回值。IL_0000:  nopIL_0001:  ldarg.0  //将索引为0的参数加载到计算堆栈上IL_0002:  ldarg.1  //将索引为1的参数加载到计算堆栈上IL_0003:  sub      //计算IL_0004:  stloc.0  //弹出当前计算堆栈顶弹部的值并将其存储到索引为0的局部变量中IL_0005:  br.s       IL_0007IL_0007:  ldloc.0  //将索引为0的局部变量加载到计算堆栈上IL_0008:  ret      //弹出当前计算堆栈顶弹部的值并返回
} // end of method Guo::Subtract

我们可以直接通过类名来调用这个静态方法：

Guo.Subtract(5,6);

对应的CIL代码为：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{.entrypoint// 代码大小       10 (0xa).maxstack  8IL_0000:  nopIL_0001:  ldc.i4.5IL_0002:  ldc.i4.6IL_0003:  call       int32 ConsoleTest.Guo::Subtract(int32,int32)IL_0008:  popIL_0009:  ret
} // end of method Program::Main

可见CIL直接call了类ConsoleTest.Guo的Subtract方法，不需要加载类ConsoleTest.Guo的实例。

b. 实例方法Show的CIL代码如下

.method public hidebysig instance void  Show(string message) cil managed
{// 代码大小       9 (0x9).maxstack  8IL_0000:  nopIL_0001:  ldarg.1  //将索引为1的参数加载到计算堆栈上，静态方法中第一个参数的索引是0IL_0002:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)IL_0007:  nopIL_0008:  ret
} // end of method Guo::Show

实例方法不能直接通过类名来调用，需要通过类的实例来调用：

Guo objGuo = new Guo();
objGuo.Show("Hello");

对应的CIL代码为：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{.entrypoint// 代码大小       20 (0x14).maxstack  2.locals init ([0] class ConsoleTest.Guo objGuo)//声明一个ConsoleTest.Guo类型的局部变量，用以保存类的对象IL_0000:  nopIL_0001:  newobj     instance void ConsoleTest.Guo::.ctor()IL_0006:  stloc.0IL_0007:  ldloc.0IL_0008:  ldstr      "Hello"IL_000d:  callvirt   instance void ConsoleTest.Guo::Show(string)IL_0012:  nopIL_0013:  ret
} // end of method Program::Main

CIL调用类ConsoleTest.Guo的Show方法时，需要先把类ConsoleTest.Guo的实例加载到计算堆栈（ldloc.0），然后再callvirt调用。由此也验证了：实例方法不能直接通过类名来调用，需要通过类的实例来调用。