第一章 CLR的执行模型
1 CLR的执行模型
术语：
ü CLR：Common Language Runtime（程序exe或者dll执行时告诉Cpu做神马）
ü IL：Intermediate Language
ü Managed Module：托管模块
ü GUI：Graphical User Interface图形用户界面Windows下
ü CUI：Command line User Interface命令行模式的人机接口DOS下
ü FCL：Framework Class Library
ü CTS：Common Type System通用类型系统
ü CLS：Common Language Specification公共语言规范
1.1将源代码编译成托管模块
- C#编译过程：C#语言编写的源码——C#编译器编译——托管模块（IL和元数据）
- Microsoft面向CLR创建的编译器：C++,C#,VB,Jscript,J#，IL汇编器（其他部门也面向CLR创建了自己的编译器）
- 托管模块：IL代码：编译器编译源代码时生成的代码
元数据：源代码中及其引用的类和成员
PE32头或PE32+头：
1、标识在32位还是在64位Windows上运行
2、 标识文件类型：CUI，GUI，DLL
3、 记录文件生成时间
4、 （解释：PE等是指可执行程序(EXE或DLL)文件格式，每种文件格式都有一些该可执行文件加载到内存中所需要的信息（如程序入口点等），这些信息被组织 为特定的数据结构，放在该可执行文件的开头部分，所以叫文件“头”。）
CLR头：所要求的CLR版本，入口方法（Main），模块元数据、资源、强名称
- 默认情况下C++不托管，但是可以开启托管开关
1.2将托管代码合并成程序集
- 程序集：程序集是一个或多个模块\资源文件的逻辑性分组；是最小的重用、安全性及版本控制单元；在CLR的世界中，我们称之为“组件”。（比如一个项目有几个cs文件，最后生成一个dll这就是一个程序集，exe也可以）
- CLR和程序集工作而不是模块
- 项目只有一个文件（一个托管模块），且没有资源文件时，由C#编译器生成程序集。如果有多文件要合并到一个程序集，则要用到别的工具：AL.exe程序集连接器
1.3加载公共语言运行库
- 补充知识：32位Windows与64位Windows
简单的说x86代表32位操作系统 x64代表64位操作系统，所谓的32位64位应该是指表示每一个地址的位数比如000…..(共32位)00001表示一个地址
- 程序集可以是Dll也可以是Exe，最终由CLR管理在这些程序集中代码的运行
- 常规情况下，编写的代码在32位和64位操作系统上皆可正常运行，有些情况开发人员编写的代码需要在特定的windows版本上运行，通过在项目属性中设置目标平台进行，最终这个信息会被写入PE32或PE32+头中。编写32位程序可以在64位windows上运行，64位程序不可以在32位系统上运行。
- 过程：
1、 Windows检查EXE文件头，判断是创建32位进程还是64位进程还是WoW64进程
2、 Windows在进程的地址空间中加载MSCorEE.dll的对应版本x86、x64、IA64版本
3、 主线程调用MSCoreEE.dll内部定义的一个方法，此方法初始化CLR，加载EXE程序集然后调用其入口方法（Main）
4、 被托管的应用程序启动并运行
1.4执行程序集的代码
- 程序集的代码是托管类型的代码，是托管的exe或者dll，其代码是IL形式的。IL能访问和操作对象类型，能初始化对象。可以将IL想象成面向对象的机器语言。
- CLR的一个特性：允许在不同编程语言间方便的切换，“混合语言编程”
- 高级语言(C#)只是CLR的一个子集，IL则允许访问CLR的所有功能。
- 执行程序集代码过程调用一个方法的流程：
1、 在入口方法Main执行之前，CLR检测出Main代码引用的所有类型。CLR分配一个内部数据结构用于管理引用类型的访问，类型在Main中定义的每个方法都有一条对应记录 （地址），根据地址可以找到该方法的实现。
2、 将每一个要执行的函数记录对应到一个函数，这个函数就叫JITCompiler
3、 Main方法首次调用记录的一个方法时，调用JITCompiler函数
4、 JITCompiler函数随后将IL代码编译成本地CPU指令（告诉CPU干嘛），本地CPU指令保存在一个动态分配的内存块中
5、 JITCompiler回到CLR为类型创建的内部数据结构，找到与被调用方法对应的那条记录，将调用它的引用转换为内存块的地址
6、 JITCompiler跳到内存块中的代码。这些代码是方法的具体实现
7、 返回Main中代码
8、 第二次执行同一个方法时则不调用JITCompiler了而直接调用内存块中的（已经编译好的CPU指令）指令。
- C++编译好的代码是非托管代码，C#编译好的代码是托管代码。区别就是C++代码直接就是CPU指令了，二C#代码是IL中间代码，还要在运行时经过JIT编译器编译成CPU指令。这样势必会影响C#程序运行的速度，由于其JIT编译时还会分配动态内存所以还会占用一些内存。但是作者说JIT编译器做了很多优化，而且有一些非托管代码没有的优势如
1、 JIT能判断CPU，所以可以利用CPU的特殊指令
2、 JIT可以判断一个特定的测试在运行它的机器上是否总是失败，从而减少编译。？？
3、 CLR可以评估代码的执行，减少不正确的分支？？
- NGen.exe将程序集的IL代码编译成本地代码
- 将IL编译成本地CPU指令时，CLR会执行一个名为“验证”的过程。这个过程会检验高级IL代码，确定代码所做的一切都是安全的。如：参数，返回值，等
- 托管代码的另一个好处：因为有验证过程，一个地址空间可以运行多个托管程序，所以能在单个OS进程中运行多个应用程序，从而减少系统进程数提升性能。
- 每个多团的应用程序都叫做一个AppDomain。
- 不安全的代码允许直接操作内存地址，而且允许在这些地址处操作多个字节。
- C#要求不安全代码加入unsafe关键字，而且要打开/unsafe编译器开关
- IL与知识产权保护：
1.4.1 IL和验证
-
- 将IL编译成本地CPU指令时，CLR会执行一个名为“验证”的过程。这个过程会检验高级IL代码，确定代码所做的一切都是安全的。如：参数，返回值，等
- 托管代码的另一个好处：因为有验证过程，一个地址空间可以运行多个托管程序，所以能在单个OS进程中运行多个应用程序，从而减少系统进程数提升性能。
- 每个多团的应用程序都叫做一个AppDomain。
1.4.2 不安全的代码
- 不安全的代码允许直接操作内存地址，而且允许在这些地址处操作多个字节。
- C#要求不安全代码加入unsafe关键字，而且要打开/unsafe编译器开关
- IL与知识产权保护：
1、 第三方混淆器
2、 非托管模块实现保密算法，CLR实现托管与非托管之间的通信
3、 微软未来：数字资产管理铲平
*1.5本地代码生成器
- NGen.exe工具好处：
1、 加快应用程序启动速度
2、 减小应用程序的工作集
- 缺点：
1、 没有知识产权保护
2、 NGen生成的文件可能失去同步
3、 交叉的加载时性能
4、 较差的执行性能
1.6 Framework类库入门
- FCL：一系列程序集的统称
1.7通用类型系统
- CLS：描述类型的定义以及其行为方式
1、 一个类型可以包括另个或者多个成员
2、 指定了类型可视性规则和类型成员的访问规则
3、 还定义了对类继承、虚方法、对象生存周期等进行管理的规则
4、 所有类型最终必须从预定义类型System.Object继承
1.8 公共语言规范
- 微软定义了一个最小特征集：CLS，这个特征集实际上就是所有语言规范的一个交集。
- Private成员可以不符合CLS因为外面不可访问，如果想在程序集外用另一种语言访问程序及内成员，则该类型的public和protected成员必须符合CLS
- 使用[assembly: CLSCompliant(true)]标志程序集，告诉编译器检查该程序集的CLS相容性。
- CLS规则精简：CLR中一个类型的每个成员要么是字段（数据），要么是方法（行为），高级语言为了简化编程会提供如枚举，数组，属性，索引，委派，事件，构造器，终结器，操作符重载，转换操作符等概念，但是编译器会在编译源代码为IL时把他们一致转换为方法和字段。可以在ILDasm.exe中查看。这样一种归纳可以使得各种语言都能访问这种结构。
- 不符合CLS的代码，在另一种语言里面是没法使用的。
1.9 与非托管代码的互操作性
- CLR支持托管与非托管代码间三种类型的互操作：
1、 托管代码能调用DLL中的一个非托管函数
2、 托管代码可以使用现有的COM组件
3、 非托管代码可以使用托管类型