23.03.05 《CLR via C#》 笔记 1

第一章 CLR的执行模型

1. CLR 的概念
   1. 公共语言运行时（Common Language Runtime）
   2. 可由面向CLR的所有编程语言使用
2. 源代码到托管模块
   1. 源代码（各种语言的）由编译器生成托管模块（PE文件头+CLR头+元数据+IL(中间语言)代码）
   2. 元数据：描述源代码定义的类型和成员；描述源代码引用的类型和成员
3. 托管模块到程序集
   1. 程序集
      1. 程序集是一个或多个 【模块（IL和元数据）】或【资源文件（图片、网页等）】的逻辑性分组
      2. 程序集是重用、安全性以及版本控制的最小单元
      3. 程序集是一个或多个文件，文件中包含一个清单（manifest）【数据块】
      4. 在CLR中程序集相当于组件
   2. 对只有一个托管模块，没有资源文件的程序集，程序集=托管模块（该清单中指出程序集只由一个文件构成）
   3. 程序集中还包含与引用的程序集有关的信息（使得CLR在执行程序集的代码时，能找到直接依赖）
   4. 程序集文件的形式可能是EXE，也可能是DLL
   5. CLR管理程序集中代码的执行
4. CLR的加载
   1. 直接运行EXE
      1. 判断文件是32位还是64位
      2. Windows在进程地址空间加载对应版本的MSCorEE.dll
      3. 使用MSCorEE.dll中的方法初始化CLR，加载EXE
      4. 调用入口方法（Main）
   2. 正在运行的进程加载DLL（LoadLibrary）
      1. Windows自动加载并初始化CLR（如果当前没有加载CLR的话）
      2. CLR处理程序集中的代码
      3. 注意，若进程为64位，加载
5. 执行程序集中的代码
   1. IL语言
      1. IL语言是机器语言
      2. IL语言可以访问CLR的所有功能
      3. 高级语言可以访问部分CLR的功能
   2. JIT(just-in-time)编译器将IL语言转换成本机CPU指令
      1. （执行Main方法之前）CLR检测代码中引用的所有类型，分配内部数据结构
      2. 内部数据结构中，每个类型的每个方法都有对应的entry
      3. 将entry都指向JITCompiler
      4. （执行Main函数，有方法被调用）JITCompiler被调用（由于entry）
         1. JITCompiler在该类的元数据中查找到该方法的IL
         2. 验证IL，并翻译成CPU指令，指令保存到动态分配的内存块中
         3. 将该方法entry指向对应CPU指令的内存块
         4. 跳转到内存块并执行
      5. （继续执行Main函数，有方法被第二次调用）对应内存块被直接调用（跳过了JITCompiler）
      6. （程序终止）动态内存块中的所有指令丢弃
   3. 性能讨论
      1. 二次编译（IL语言->CPU指令）进行过大量性能优化
      2. JIT可检测当前执行环境（CPU），能利用上特定CPU的特殊指令
      3. NGen工具可将IL编译成本机代码并保存到磁盘中
      4. System.Runtime.ProfileOptimization类在程序运行时检查哪些方法被编译，保存在文件中，下次程序初始化时即并发编译这些代码
   4. 安全性
      1. IL语言编程成CPU指令时，CLR执行验证过程（检查参数、类型、返回值等）
      2. 通过验证托管代码，可确保代码不会不正确的访问内存，干扰到其他进程，所以多个托管应用程序可以在同一个虚拟地址空间中运行（Windows的每个进程都有自己的虚拟地址空间）
      3. 使用unsafe关键字，才允许直接操作内存地址，操作地址处的字节
6. Framework类库是一组DLL程序集的统称，由于类型数量太多，相关类型放到单独的命名空间中，如System
7. 通用类型系统（Common Type System， CTS）
   1. 类型由 字段、方法、属性、事件组成
   2. 可见和访问性规则有 public(任何程序集任何类)、private（同一类）、family(protected；派生类)、assembly(internal；同一程序集)、family or assmbly（protected assmbly；任何程序集的派生类或同一程序集的任何类）、family and assmbly(C#无；同一程序集中的派生类)
   3. 定义类型继承、虚方法、对象生存期等规则
   4. 所有类型从System.Object类型继承
8. 公共语言规范（Common Language Specification， CLS）
   1. 为了使不同语言生成的程序集在CLR中互相兼容，任何编译器都必须符合的最小功能集叫CLS
   2. 每种语言支持的内容都是CLR、CTS的子集，是CLS的超集
   3. CLS定义类的每个成员要么是字段要么是方法（其他诸如构造器、事件、属性、操作符重载等都转化成字段和方法）
9. 托管代码与非托管代码的互操作性
   1. 调用DLL中的非托管函数（如C#调用User32.dll中的方法）
   2. 创建托管程序集描述非托管程序集，调用这个托管程序集（如C#中可以使用DirectX Com）
   3. 托管代码可以更简单的实现程序集，供非托管代码使用（如使用C#创建的shell扩展）