.net框架

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本书是一本讲解.NET技术的书籍，目标读者群也是在.NET框架（.NET Framework）下进行开发的程序员，因此我们无法回避的问题就是：什么是.NET框架？它包含了哪些内容？为开发程序提供了哪些支持？很多朋友对这类个问题的第一反应可能是.NET框架所提供的庞大类库及编写代码所采用的C#语言，实际上远不止这些。

要描述.NET框架，自然会遇到与其相关的一系列专业的技术术语和缩写，相信大家已经见到过许多了，比如：CLI、CIL、CTS、CLS、CLR、JIT、BCL、FCL、Module、Assembly 等，足以让很多人一头雾水、望而却步。笔者不会像字典一样按首字母排序对术语进行逐一解释，因为这样还是难以理解。我们还是从大家最熟悉的东西开始吧！

6.1 引子

设想一下：编写下面这样一个最简单的显示“Hello, World！”的控制台程序，并将该程序运行起来需要哪几个步骤呢？

using System;
 
class Program {
    static void Main(string[] args) {
        string text = "hello, world!";
        Console.WriteLine(text);
    }
}

这些步骤包括：打开Visual Studio，创建一个C#控制台应用程序项目（在这里将它命名为ConsoleApp），编写代码，编译程序然后运行。虽然这样的程序谁都会写，但是再多进行一下思考就会发现，尽管是一个很小的程序，但已经引入了.NET框架的几个重要方面。

如果创建一个VB.NET类型的项目，实现和上面C#项目完全一样的功能，那么编译后生成的文件有什么区别？

编写控制台应用程序，将字符输出到屏幕，需要调用Console.WriteLine()方法。这个Console类型从何而来呢？

生成的文件在系统中是如何运行起来的？其机制和使用传统VC++生成的可执行文件是否相同？

其实，上面每一个问题的答案都包含.NET框架所提供的支持，这里将它分为三个部分：

• 对于编译后生成的文件格式和内容，.NET中存在着诸多规范。符合这些规范的程序语言，也叫做面向.NET的语言。编译后生成的文件都可以在.NET运行时下执行，这就是大家所熟知的.NET多语言支持。
• 在开发阶段，.NET提供了一个庞大的类库，支持开发者快速开发各种应用程序，也支持程序语言设计者开发其语言编译器。
• 在程序执行阶段，.NET提供了一个程序运行时的环境，这个运行时环境帮助我们管理内存、实时编译程序、进行安全检查、执行垃圾回收等。

接下来就针对上述内容开始为大家详细讲述。

6.2 CIL——公共中间语言

首先要了解的就是C#程序源码在编译之后会得到什么样的一个文件。大家知道，过去使用VC++生成的可执行文件，经过预编译、编译、汇编、链接几个步骤后，最终生成的可执行文件中就已经包含了处理器的本地代码（Native Code），支持它运行的只是操作系统和本地的机器指令集。那么采用C#编译器生成的文件又是什么呢？现在需要引入程序集这个概念：在.NET框架下，类似C#这样的高级语言经过编译后生成的结果文件被称做程序集，其后缀名是.dll（类库）或.exe（可执行程序）。在引入这个概念之前，前面（上一节）提到程序集时，都是用“文件”这个词来描述的。

程序集的定义只是给编译后生成的文件一个稍微正式一点的名称，对于解释“它是由什么构成的”这个问题并没有太大的帮助。为了进一步了解程序集，我们再来做一个试验，使用VB.NET创建一个控制台应用程序项目（ConsoleAppVB），并生成一个程序集，代码功能和上面用C#创建的项目是一样的的。

Module Program
Sub Main()
Dim text AsString = "hello, world !"
        Console.WriteLine(text)
EndSub
EndModule

现在，需要一个工具来查看这个程序集的内容，并且与C#项目生成的程序集进行对比。还好，微软已经提供了一个利器——IL DASM（IL Disassembler，IL反汇编程序）来帮助开发者查看程序集的信息。如果安装了Visual Studio，IL DASM将会随同Visual Studio一起安装。依次选择开始菜单→ Microsoft Visual Studio 2010 → Microsoft Windows SDK Tools →IL 反汇编程序(IL DASM)可以启动IL DASM。

打开IL DASM后选择VB.NET项目生成的ConsoleAppVB.exe，可以看到如图6-1所示的界面。

图6-1 IL DASM 运行界面

这部分内容很多，会在下一章“程序集”中进行专门讲述，，这里暂且略过。展开图6-1中的ConsoleAppVB.Program类型，在Main()方法上双击，会弹出另外一个窗口，显示图6-2中的代码，看上去有点像汇编语言。在这里可以看到熟悉的string text变量声明及“hello, world !”。

图6-2 方法体的CIL语言描述（VB.NET）

接下来再打开C#项目生成的ConsoleApp.exe，进行同样的操作，在打开Main()方法后会发现其中的代码与图6-2中几乎完全一样，如图6-3所示

图6-3方法体的CIL语言描述（C#）

至此，可以得到一个初步的推断：不管是VB.NET还是是C#，编译之后的程序集都能够用IL DASM打开，因此它们生成的程序集的格式都是相同的；当程序所实现的功能相同时，程序集所包含的CIL代码也是类似的。

现在对上面程序集中所包含的类似汇编的语言做一下介绍，即是本节标题中的CIL（Common Intermediate Language，公共中间语言）。CIL最初是随着.NET由微软一起发布的，因此之前也叫做MSIL（Microsoft Intermediate Language），后来进行了标准化，之后便被称做CIL。在一些书或文章中，CIL也会简写为IL，其实都是指同样的东西。为了避免混淆，本书统一用CIL这个缩写。

我们可以将上面的过程用图6-4来表示出来。

图6-4 源程序编译为了程序集

接下来再深入地分析一下，公共中间语言这个术语到底包含了哪几层含义。

• 公共。因为不论是C#语言也好，VB.NET语言也好，C++/CLI语言也好，甚至是重新开发的一套以自己的名字缩写命名的语言，只要它期望运行的目标平台是.NET，在经过相应的编译器编译之后，所生成的程序集就是由CIL语言代码描述的。
• 中间。这个词也是大有深意，为什么不叫公共机器语言（Common Machine Language），或者公共本地语言（Common Native Language）？因为这种语言只是比我们使用的高级语言，比如C#低级一点，并不是CPU可以直接执行的本地机器语言。这种语言还需要.NET运行时（.Net runtime）环境的支持，在执行之前，进行一个被称为Just-in-time（即时）的二次编译过程，才能转变成计算机可以识别的指令。关于.NET运行时，以及详细过程后面再介绍，现在只要知道，这个文件所包含的CIL代码并非机器可以直接执行的指令代码。
• 语言。CIL不过是一种程序语言，只不过相对于C#来说，它是一种更低级语言。从图6-2 的代码截图中，已经可以看到，CIL是一种基于堆栈的语言，同时，它提供了class、interface、继承、多态等诸多面向对象的语言特性，因此它又是完全面向对象的语言。如果愿意，甚至可以直接编写CIL代码，并且使用CIL的编译工具IL ASM（IL Assembler，IL汇编程序）来对它进行编译。只不过，和大多数低级语言一样，这种方式会使开发效率会变得很低。这里注意区别一下IL ASM和IL DASM，它们的拼写是不同的。

为了加深一下印象，我们来做一个试验：编写一段简单的CIL代码，并且使用IL ASM工具对其进行编译，得到和前面一样的ConsoleApp.exe程序。

1）打开记事本程序，输入下面的代码，然后将其保存在D:\ConsoleApp.il。

.assembly extern mscorlib{}
.assembly ConsoleApp{}
.module ConsoleApp.exe
.class public auto ansi Program extends System.Object
{
    .method public static void Main()
    {
        .entrypoint
        nop
        ldstr "Hello, World!"
        call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
        nop
        ret
    }
}

2）打开Visual Studio 2010命令行工具，输入：

D:\>ilasm ConsoleApp.il

3）成功后会看到ConsoleApp.exe程序，它的执行结果和上面用C#编写的完全一样。

由于程序集是由CIL语言所描述的，因此CIL也叫做程序集语言（Assembly Language）。又因为.NET程序集需要由.NET运行时加载才能运行，可以视其为由.NET运行时进行管理的，所以CIL代码也叫做托管代码（Managed Code）。相对的，不需要.NET运行时就可以执行的代码就叫做非托管代码（Unmanaged Code）。

好了，已经知道了CIL的存在，从现在开始，最好在头脑里建立起两个模型或两种视角：一种是基于C#或其他高级语言的源程序的视角，一种是基于CIL中间语言的程序集视角。C#源程序在被编译为程序集以后，就独立于C#，因此程序集可以由其他种类的语言所调用；同时，因为程序集并没有包含本地机器的指令，所以它与具体的机器类型也分隔开了，可以被装有.NET框架的任何机器运行。