IL代码完结篇

读懂IL代码就这么简单(三)完结篇

 

一 前言

写了两篇关于IL指令相关的文章，分别把值类型与引用类型在 堆与栈上的操作区别详细的写了一遍
这第三篇也是最后一篇，之所以到第三篇就结束了，是因为以我现在的层次，能理解到的都写完了，而且个人认为，重要的地方都差不多
写到了，
最后一篇决定把之前的内容全部整合起做一个综合的例子，然后简单的解释下IL指令的含义，及在内存中的变化
如果你没有看前两篇请狂点这里

读懂IL代码就这么简单 (一)

读懂IL代码就这么简单(二)

 

IL指令大全 ：IL指令详解

 

IL反编译工具： ILDasm

 

 注：因本人水平有限，难免有理解错误之处，如有发现，望及时指出，我会立马更正。

二 IL指令详解 (基本介绍)

这次把 类 委托 方法 字段都集合起来，这样的环境就与实际的项目比较接近了，也算接地气了

先看C#代码

 1     public delegate void MyDele(string name);
 2     class Program
 3     {
 4         static void Main(string[] args)
 5         {
 6             
 7             UserInfo userInfo = new UserInfo();
 8         
 9             PeopleStruct peopleStruct = new PeopleStruct();
10 
11             //定义委托
12             MyDele myDele = userInfo.PrintName;
13             //调用委托
14             myDele("Delegate");
15 
16             userInfo.PrintName("PrintName");
17             userInfo.PrintField();
18             //静态方法 
19             UserInfo.ContactStr("UserInfo", "ContactStr");
20             //结构的方法
21             peopleStruct.PrintInfo("Color is Yellow");
22 
23             //静态类中的静态方法 
24             StaticUserInfo.PrintName("Static Class Static Method");
25 
26             Console.Read();
27         }
28     }
29 
30     internal class UserInfo
31     {
32         public string Name = "UserInfo Field";
33 
34         public void PrintName(string name)
35         {
36             Console.WriteLine(name);
37         }
38 
39         public void PrintField()
40         {
41             Console.WriteLine(Name);
42         }
43 
44         public static void ContactStr(string Str, string Str2)
45         {
46             Console.WriteLine(Str + Str2);
47         }
48 
49     }
50 
51     struct PeopleStruct
52     {
53 
54         public void PrintInfo(string color)
55         {
56             Console.WriteLine(color);
57         }
58 
59     }
60 
61     static class StaticUserInfo
62     {
63         public static void PrintName(string name)
64         {
65             Console.WriteLine(name);
66         }
67     }

IL 代码 

call可以调用静态方法，实例方法和虚方法

callvirt只能调用实例方法和虚方法，不能调用静态方法

 1 .method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
 2 {
 3   .entrypoint
 4   // Code size       106 (0x6a)
 5   .maxstack  2
 6   .locals init (class ILDeom3.UserInfo V_0, //只定义变量并不做任何初始化操作
 7            valuetype ILDeom3.PeopleStruct V_1,
 8            class ILDeom3.MyDele V_2)
 9   IL_0000:  nop
10       //创建一个值类型的新对象或新实例，并将对象引用推送到计算堆栈上
11   IL_0001:  newobj     instance void ILDeom3.UserInfo::.ctor()
12       //把栈中顶部的元素弹出(UserInfo 的实例)并赋值给局部变量表中第0个位置的元素(V_0)
13   IL_0006:  stloc.0
14       //将位于特定索引处的局部变量的 "地址" 加载到计算堆栈上(将指向结构的地址压入栈中)
15   IL_0007:  ldloca.s   V_1
16       //初始化结构中的属性
17   IL_0009:  initobj    ILDeom3.PeopleStruct
18       //将局部变量列表中第0个位置(V_0 UerInfo的实例地址)的值压入栈中
19   IL_000f:  ldloc.0
20       //将指向实现特定方法的本机代码的非托管指针（native int 类型）推送到计算堆栈上。
21       //也就是指的将方法指针压入栈中
22   IL_0010:  ldftn      instance void ILDeom3.UserInfo::PrintName(string)
23      //创建委托的实例并压入栈中  
24      //这一步会调用委托的构造器，这个构造器需要两个参数，一个对象引用，就是IL_000f:  ldloc.0压入的UserInfo的实例，一个方法的地址。
25   IL_0016:  newobj     instance void ILDeom3.MyDele::.ctor(object,native int)
26       //弹出栈中值(委托的实例)保存到局部变量表第2个位置(V_2)
27   IL_001b:  stloc.2
28       //获取局部变量列表中第2个位置上的值上一步保存的值(委托实例）,并压入栈中
29   IL_001c:  ldloc.2
30       //加载字符串
31   IL_001d:  ldstr      "Delegate"
32       //调用绑定给委托的PrintName方法 
33   IL_0022:  callvirt   instance void ILDeom3.MyDele::Invoke(string)
34   IL_0027:  nop
35       //获取局部变量列表中第0个位置上的值(UserInfo的实例)
36   IL_0028:  ldloc.0
37   IL_0029:  ldstr      "PrintName"
38      //调用PrintName方法
39   IL_002e:  callvirt   instance void ILDeom3.UserInfo::PrintName(string)
40   IL_0033:  nop
41       //获取局部变量列表中第0个位置上的值(UserInfo的实例)
42   IL_0034:  ldloc.0
43       //调用PrintField方法
44   IL_0035:  callvirt   instance void ILDeom3.UserInfo::PrintField()
45   IL_003a:  nop
46   IL_003b:  ldstr      "UserInfo"
47   IL_0040:  ldstr      "ContactStr"
48       //因为ContactStr是静态方法所以不需要先加载实例可以直接调用
49   IL_0045:  call       void ILDeom3.UserInfo::ContactStr(string,
50                                                          string)
51   IL_004a:  nop
52       //将位于特定索引处的局部变量的 "地址" 加载到计算堆栈上 （将指向结构的地址压入栈中）
53   IL_004b:  ldloca.s   V_1
54   IL_004d:  ldstr      "Color is Yellow"
55       //调用结构中的PrintInfo方法
56   IL_0052:  call       instance void ILDeom3.PeopleStruct::PrintInfo(string)
57   IL_0057:  nop
58   IL_0058:  ldstr      "Static Class Static Method"
59   IL_005d:  call       void ILDeom3.StaticUserInfo::PrintName(string)
60   IL_0062:  nop
61   IL_0063:  call       int32 [mscorlib]System.Console::Read()
62   IL_0068:  pop
63   IL_0069:  ret
64 } // end of method Program::Main

 

相信有注释，大家应该都是能够看懂的，IL其实并不难，也并不算底层，只是把C#编译成了中间语言，并非机器语言，CPU照样还是读不懂，

 

三 IL指令详解 (深入了解)

 

因这次IL指令，有点长，要画图确实有点扛不住，所以只画重要的地方，还望见谅.

另外 跟园子里的 @冰麟轻武 探讨了跟IL相关的三个内存块 Managed Heap ,Evaluation Stack,Call Stack 了解到了很多之前不明白的知识点，

也纠正了自己以前的一些误区，最后一致认可我们自己的讨论结果，讨论结果如下，

1 Managed Heap(托管堆) 程序运行时会动态的在其中开辟空间来存储变量的值，如new class 时，回收由GC 根据 代龄，和可达对象，来回收相应的内存资源。整个程序共用一个ManagedHeap 

2 Evaluation Stack(计算栈)：每个线程都有一个独立的 评估栈，用于程序相关的运算，

3 Call Stack(调用栈)：讨论的重点就在这里，之前认为Call Stack并不是一个栈，而是一个局部变量列表，用于存放方法的参数，可是我一直有疑问就是值类型应该是存在栈中的，如果Call Stack是个栈，那取值时Call Stack并没有按FILO的原则来，那如果 Call Stack不是个栈那值类型的值 是存在哪里的，然后我与@冰麟轻武就这一问题，讨论起来了

　　先看官方对Call Stack的解释： 这是由.NET CLR在执行时自动管理的存储单元，每个Thread都有自己专门的Call Stack。每呼叫一次method，就会使得Call Stack上多一个Record Frame；方法执行完毕之后，此Record Frame会被丢弃。重点就在红色这一句中的 Record Frame又是个什么东西他里边有什么东西？然后开始各种假设，最终我们认为这一种理论是比较靠谱一点的如下：

　　Call Stack本身就是一个栈，每调用一个方法时就会在栈顶部加载一个Record Frame，这个Record Frame里包含了方法所需要的参数(Params)，返回地址（Return Address）和区域变量(Local Variable)，当调用的方法结束时，就自动会把这个Record Frame从栈顶弹出。如此一来，我之前的疑问就可以得到相应的解释了

　　值类型是存在栈中的，当调用方法里会把方法需要的值重栈中取出，然后在栈中创建一个Record Frame并把赋值给Record Frame中的参数，在这个Record Frame中取数据并不是按FILO原则来的，而可以按索引，也可以按地址 对应IL指令 Ldloc stLoc 等取值与赋值都是针对的Record Frame 。而且我们认为Call Stack是对线程栈的一个统称。

上图

 

 

下面图解一下实例化一个类，并调用类中的方法在内存中是如何变化的 

 

.locals init (class ILDeom3.UserInfo V_0,valuetype ILDeom3.PeopleStruct V_1,class ILDeom3.MyDele V_2)

 IL_0001:  newobj     instance void ILDeom3.UserInfo::.ctor()

 IL_0006:  stloc.0

 

 IL_0028:  ldloc.0

 IL_0029: ldstr "PrintName"
 IL_002e: callvirt instance void ILDeom3.UserInfo::PrintName(string)

 

 

四 总结

　　IL系列终于写完了，也算给自己一个交代了，写文章真的很花时间，就以我这三篇为例，光只是写和画图都有花十几个小时，而且如果是晚上写一般都会超过12点才能完成，更不用说前期的自己学习所用的时间，

但是我觉得真的很值得，充分的把自己的业余时间利用起来了，对于IL也有了一个相对深入的了解，

在此要感谢 园子里朋友的支持，也感谢 @冰麟轻武对我的指点，更要感谢dudu能建立博客园这么好的一个环境。

 

 

 

内存池的原理及实现

 

在软件开发中，有些对象使用非常频繁，那么我们可以预先在堆中实例化一些对象，我们把维护这些对象的结构叫“内存池”。在需要用的时候，直接从内存池中拿，而不用从新实例化，在要销毁的时候，不是直接free/delete，而是返还给内存池。

把那些常用的对象存在内存池中，就不用频繁的分配/回收内存，可以相对减少内存碎片，更重要的是实例化这样的对象更快，回收也更快。当内存池中的对象不够用的时候就扩容。

我的内存池实现如下：

#pragma once
#include <assert.h>

template<typename T>
struct ProxyT
{ 
    ProxyT():next(NULL){} 
    T data;
    ProxyT* next;
};

template<typename T>
class MemoryPool
{
public:
    static void* New()
    {
        if(next==NULL)
        {
            Alloc();
        }
        assert(next!=NULL);
        ProxyT<T>* cur=next;
        next=next->next;
        return cur;
    }

    static void Delete(void* ptr)
    {
        ProxyT<T>* cur=static_cast<ProxyT<T>*>(ptr);
        cur->next=next;
        next=cur; 
    }

#ifdef CanFree
    static void Clear()
    {
        ProxyT<T>* proxy=NULL;
        while(next!=NULL)
        {
            proxy=next->next;
            delete next;
            next=proxy->next;
        }
        next=NULL;
    }
#endif
    
private: 
    static void Alloc(size_t size=16)
    {
        if(next==NULL)
        {
        #ifdef CanFree
            ProxyT<T>* tmpProxy=new ProxyT<T>();
            next=tmpProxy;
            for(int i=1;i<size;i++)
            { 
                tmpProxy->next=new ProxyT<T>();
                tmpProxy=tmpProxy->next;
            } 
        #else
            ProxyT<T>* memory=(ProxyT<T>*)malloc(size*sizeof(ProxyT<T>));
            ProxyT<T>* tmpProxy=new (memory) ProxyT<T>();
            next=tmpProxy;
            for (size_t i=1;i<size;i++)
            {
                tmpProxy->next=new (memory+i) ProxyT<T>();
                tmpProxy=tmpProxy->next;
            }
        #endif

        }
    }
 
    static ProxyT<T>* next; 
    MemoryPool<T>();
    MemoryPool<T>(const MemoryPool<T>&);
};

template<typename T> ProxyT<T>* MemoryPool<T>::next=NULL; 

#define NewAndDelete(className)             \
static void* operator new(size_t size)      \
{                                           \
    return MemoryPool<className>::New();    \
}                                           \
static void operator delete(void* ptr)      \
{                                           \
    MemoryPool<className>::Delete(ptr);     \
}   

测试代码如下：

#include "stdafx.h" 
#define CanFree
#include "MemoryPool.h"
 
struct A
{ 
    int i; 
    NewAndDelete(A) 
};
  
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{   
     
    { 
        vector<A*> vect;
        for(int i=0;i<16;i++)
        {
            A* a=new A();
            a->i=i;
            vect.push_back(a);
        }
        for(int i=0;i<vect.size();i++)
        {
            cout<<vect[i]->i<<endl;
        }
        for(int i=vect.size()-1;i>=0;i--)
        {
            delete vect[i];
        }
        vect.clear();
        
        MemoryPool<A>::Clear();
    }
   
    system("pause");
    return 0; 
}

运行结果如下图：

不到100行代码，有两个public方法New和Delete；还有一个Clear方法，这个方法的存在取决于是否定义了宏CanFree，如果定义了这个宏，那么对象是一个个的实例化，在调用Clear的时候可以一个个的回收，如果没有定义，那么是一次分配一块较大的内存，然后在这块内存上实例化多个对象，但没有实现回收这块内存的方法，如果要回收这样的大块内存块，就必须将这些内存块的首地址存起来，我这里没有存起来，而且还要标记对象是否使用，那么Proxy<T>还要加一个字段表示是否使用，在回收的时候还要判断所有对象是否没有使用，只有都没使用才能回收，妹的，为了回收弄得这么麻烦，话说你为什么要回收内存池呢，于是就没有实现回收的方法。整个内存池其实就是一个单链表，表头指向第一个没有使用节点，我们可以把这个单链表想象成一段链条，调用方法New就是从链条的一端（单链表表头）取走一节点，调用方法Delete就是在链条的一端（单链表表头）前面插入一个节点，新插入的节点就是链表的表头，这样New和Delete的时间复杂度都是O(1)，那叫一个快。

所有要使用内存池的对象，只需要在这个对象中引入宏NewAndDelete，这个宏其实就是重写对象的new和delete方法，让对象的创建和回收都通过内存池来实现，所有用内存池实现的对象使用起来和别的对象基本上是一样，唯一的一个问题就是内存池对象对象不是线程安全的，在多线程编程中，创建一个对象时必须枷锁。如果在New和Delete的实现中都加个锁，我又觉得他太影响性能，毕竟很多时候是不需要枷锁，有些对象可能有不用于多线程，对于这个问题，求高手指点！