.NET面试

作者：最佳菜鸟
链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/22224795
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

1 、术语

　　面试出现频率：从来没人问过。事实上我都不知道怎么问，考背书吗?倒是可以问问知不知道现在.NET最新版本是什么，考察面试者是否对新技术足够敏感。

　　重要程度：3/10

　　需要理解的程度：知道这些缩写(CLR，BCL，FCL，CTS，CLS)各代表什么即可。

　　1.1 什么是.NET框架?在各个平台版本中，有什么值得强调的更新?

　　.NET框架是以一种采用系统虚拟机(即CLR)运行的，面向CLR的编程平台，以CLR为基础。

　　.NET的基础类库运行于CLR之上(类比Java的虚拟机)，作为其他各种功能的基石。

　　.NET框架支持多种语言(C#、F#、http://VB.NET、C++、Python等)的开发。

　　它的前身是Windows DNA。现在.NET框架的扩展性甚至超过Java，其的Mono为Mac OS提供了支持，Xamarin可媲美安卓开发，可以在任何手机上开发。

　　.NET框架是开源的。它的代码在.NET Foundation · GitHub。如果你的commit有幸被接受，即使改动有多么微小，也是无上的荣耀，你绝对应该把它写到你简历的第一行，这个成就可以和“为Linux内核优化做过贡献”相比，那可比曾经在BAT做过几年的经历牛逼多了。

　　所有.NET支持的语言编写出来的程序，在支持.NET的编译器编译之后，会先产出程序集，其主要内容是IL和元数据。之后，JIT再将其翻译为机器码。

　　甲骨文公司的Java EE是.NET平台的竞争对手之一。

　　.NET框架现在已经出到了版本4.6.1。在3.0之前，.NET框架的Web解决方案是http://ASP.NET(Webform & MVC)，数据库连接为http://ADO.NET(支持过去的ODBC，OLE等，并支持SQL Server和Oracle)，Windows Form则作为Windows下的应用解决方案。

　　.NET最重大的一个版本更新是3.0，其中，提出了WCF(统一了过去Web服务混乱的形式，形成了一个统一的格式，并采用SOAP)，WPF(作为Windows form的增强版)以及WF。

　　.NET3.5集成了LINQ。另外Entity Framework取代http://ADO.NET，它对应VS2008。

　　.NET4.0提出了任务并行库和PLINQ。

　　.NET 5 (即.NET Core 1.0)在2016年6月27日推出。是次推出伴随着http://ASP.NET Core (即http://ASP.NET 6)和Entity Framework 7。这些产品将支持Windows，OS X和Linux三种操作系统。

　　新版本的.NET项目使用.json文件代替了过去的.xxproj，.sln和.suo文件，这符合目前的主流，即用json代替XML。新版本的.NET框架要传输给我们的理念是：这是一个跨平台的，开源的框架。

　　一切都是依赖注入，一切都是nuget，开发彻底组件化，能解耦的全都解耦。

　　http://ASP.NET Core彻底摆脱了System.Web这个顽疾，在其中，我们甚至连MVC都是注入进去的。如果想得到什么组件，要么通过依赖注入，要么就使用nuget。永远不要手动add reference，目前我知道的唯一的例外是System.Configuration。

　　当你和团队其他人并行开发系统的不同模块时，你们可以用nuget互相得到对方模块中的工程。Nuget相比add reference，更不容易出错，界面更友好，且不会轻易陷入dll陷阱。

　　经过.NET牌编译器编译之后的程序集有两种形态：类库(.dll)形态和可执行文件(.exe)形态。.NET自带了很多类库，统称为FCL。BCL是FCL的一个子集。

　　1.2 基础类库(BCL)

　　Base Class Library (BCL) 是微软所提出的一组标准库，可提供给.NET Framework所有语言使用。随着 Windows 以及.NET Framework 的成长，BCL 已近乎成为在.NET上的 Windows API。mscorlib.dll程序集几乎就是基础类库的代名词。

　　当安装.NET Framework时，所有的基础类库被部署到全局程序集缓存(GAC)。它的位置一般在C:\Windows\assembly。所以你不需要在你的工程中手动引用任何的基础类库，它们会被自动引用。

　　如果你从GAC中删除了mscorlib.dll，你的IDE将变成一个什么都不懂的白痴。因为没有mscorlib.dll，意味着没有基础类库，没有整型，字符串，控制台…你什么都做不了。

　　部分mscorlib.dll包括的命名空间：

　　System：.NET Framework 类库中最基底的服务，提供应用程序域 (Application Domain)，数据类型，I/O 以及其他类库的基础。

　　System.Collections：提供非泛型数据结构以及集合对象的支持，其中 System.Collections.Generic中包括所有的泛型数据结构。

　　System.Configuration：提供 .NET 应用程序在配置设置上的支持。

　　System.Data：http://ADO.NET 的组成类库，为数据访问功能的核心功能。

　　System.Drawing：提供 .NET 的绘图能力，包含基本位图处理以及视频与色彩处理，打印支持也由本名字空间提供，此名字空间包装了大多数的 GDI 以及 GDI+ 的 API。

　　http://System.IO：提供数据流与文件读写的支持

　　http://System.Net：.NET 中的网络功能

　　System.Reflection：反射

　　System.Diagnostics：.NET 中提供系统诊断，除错，追踪与运行外部进程的能力

　　System.ServiceModel：WCF 的组成类库，于 .NET Framework 3.0 时出现。

　　System.Text：对文字，编码以及正规表达式的支持。

　　System.Threading：线程控制

　　System.Windows.Forms： Windows Forms 的组成类库，包装了 Win32 用户界面，视窗，共用控件，以及 Shell 的基础 API，以提供设计 Windows 应用程序用户界面所需的支持。

　　System.Windows：WPF 的组成类库，于 .NET Framework 3.0 时出现。

　　System.Web：http://ASP.NET 的组成类库，令工程可以和 IIS 服务器交互，XML Web Service 开发的基本支持也由本类别提供。http://ASP.NET Core中消失(如果你不打算用IIS做服务器的容器，则你不需要这个类库)。

　　System.Xml：XML 解析器

　　System.Linq，System.Xml.Linq：LINQ 的核心类库，System.Linq 是 LINQ to Object，而 System.Xml.Linq 则是 LINQ to XML。

　　然而在C:\Program Files (x86)\Reference Assemblies\Microsoft\Framework\.NETFramework\v4.0\我们还有一个System.dll，这个参考是每次新建工程时VS自动引用的若干参考之一。这个程序集中也有一个System命名空间，它的内容和mscorlib.dll中的不同。

　　可以看到，System这个命名空间存在于不止一个程序集中。这意味着不同的程序集可以共享一个命名空间。

　　在System.dll中，System类型拥有Uri这个成员，mscorlib.dll中System类型拥有int这个成员(基元类型)。所以我们可以做个试验，如果我们将工程中对System的引用去掉，那么我们就不能定义一个Uri类型的对象。

　　但我们仍然可以使用int类型，因为它虽然也在System这个类型里面，但位于mscorlib.dll中。当你去掉对System的引用时，你仅仅去掉了System.dll和里面的功能，但你没有去掉mscorlib.dll中System类型的功能。

　　BCL是属于整个.NET框架的，并非某种语言的一个基础类库。例如，C#的string类型的所有功能和定义来源于mscrolib.dll中的System.String，而VB的string类型的功能和定义也来源于相同的地方。

　　基础类库中定义的类型称为基元类型，它也是为.NET框架所有的语言共享。

　　1.3 框架类库(FCL)

　　作为一名.NET程序员，每天都要打交道的就是FCL了(框架类库)。BCL是FCL的一个子集。简单来说FCL除了BCL的那部分，就是我们要引用的外部参考。

　　1.4 CTS(公共类型系统)和CLS(公共语言规范)

　　简单的说，CTS就是说话的语法和规范。你可以理解为，英语是一种语言，英语的CTS(至少绝大一部分)就是“实用英语语法(张道真)”这本书。如果C#没了语法，那就没有class，没有接口，变成了伪码。

　　参考资料中的第一个链接讲的很好，我就在这里总结一下吧：

　　CTS是一套语法。类似“英语语法”。它规定了一套约束，例如英语规定所有的字词都是由26个字母组成的(以及其他很多规则)。服从这套语法的语言都可以被看成是英语的某种方言，例如中古英语，现代英语都是英语，而汉语不符合字词由字母组成，所以它不是英语。同理所有服从CTS的语言，都可以被看成.NET框架的语言。

　　CTS中定义了类型，允许它有属性，字段，方法等。

　　.NET框架的众多语言各自实现了CTS的一部分功能。做一个不太恰当的类比，C#可以被认为是“美国英语”，F#是“英国英语”而VB是“印度英语”等。他们是英语的各种方言。他们共享一套相同的词汇表，但也各有各的特点。例如颜色在英国英语中的拼写是colour，美国英语则是color。

　　由于.NET框架的众多语言在编译时都要转换为IL，因此IL实现的CTS功能是它们的并集，也就是CTS全部的功能。你可以理解为，虽然.NET框架语言那么多，但一编译了之后，就成了一种语言。

　　.NET框架的众多语言分享CTS的一小部分功能，这部分功能称为CLS(Common Language Specification，公共语言规范)。这是这些语言(的程序集)可以相互使用的前提。如果你创建一个新语言，其实现了CTS的一部分功能，但不包括CLS，那你的语言就不能被其他.NET框架的语言(的程序集)使用。如果你创建的语言甚至不符合CTS，例如你在词汇表中加入了汉字，那不好意思，你创建的语言不能叫英语。

　　很明显，CLS是CTS的一个子集，而且是最小的子集。(最小功能集)

　　1.5 为什么说.NET是平台无关的?

　　.NET程序集可以在非微软操作系统如Mac OS，各种版本的Linux，以及iOS和Android移动设备上开发和执行。

　　.NET的平台无关性主要体现为：.NET程序集可以在任何的平台上运行，不管是Windows，还是Mac，只要这个平台拥有将IL转换为机器码，以及加载其他相关程序集的能力(即CLR)，而任何机器都可以运行机器码。

　　这类似于Java的虚拟机，只要平台装了Java虚拟机，则这个平台就可以运行Java程序。

　　1.6 CLR(公共语言运行时)

　　CLR是让程序执行所需的外部服务的集合，类似Java需要JVM虚拟机才可以运行。

　　它的核心功能(比如即时编译，内存管理，程序集加载，安全性，异常处理和线程同步)可由面向CLR的所有语言使用。

　　例如，CLR允许创建线程，所以面向CLR的所有语言都能创建线程。

　　CLR是.NET的运行基础，管理.NET程序集的执行。它运行于Windows之上，很多功能仅仅是Windows上的一个wrapper，例如线程，内存管理等，这些实际上是Windows在管理。但JIT则是它独有的，如果没有它，就不能把IL变成机器码，计算机也就不认识C#，你也就不能运行C#程序。

　　在开始运行.NET程序之前，编译器将代码转换为IL。

　　IL代码并不能直接运行，CLR将真正需要用到的程序集导入内存，读取元数据，接着为类型开辟内存空间，执行所有需要的安全检查，并最终运行代码：

　　CLR找到代码中拥有Main方法的类型并且加载这个类型。CLR中一个名为Class loader(类加载程序)的组件负责这项工作。它会从GAC、配置文件、程序集元数据中寻找这个类型，然后将它的类型信息加载到内存中的数据结构中。在Class loader找到并加载完这个类型之后，它的类型信息会被缓存起来，这样就无需再次进行相同的过程。当然，如果这个类型引用了其他的类型，则会导致一连串的程序集加载，这将定义程序代码执行的环境(类似Java的JVM)。注意即使工程很大，有几百个程序集，CLR不会全部加载，只会在真正用到该程序集的时候才加载。

　　验证。在CLR中，还存在一个验证程序(verifier)，该验证程序的工作是在运行时确保代码是类型安全的。它主要校验两个方面，一个是元数据是正确的，一个是IL代码必须是类型安全的，类型的签名必须正确。这是早期绑定验证，验证在运行时之前发生。对于动态类型，此时不做任何检查。

　　即时编译。(此时就从编译时过渡到了运行时)这一步就是将托管的IL代码编译为可以执行的机器代码的过程，由CLR的即时编译器(JIT Complier)完成。即时编译只有在方法的第一次调用时发生。类型加载程序(Class loader)会为每个方法插入一个存根。在调用方法时，CLR会检查方法的存根，如果存根为空，则执行JIT编译过程，并将该方法被编译后的本地机器代码地址写入到方法存根中。当第二次对同一方法进行调用时，会再次检查这个存根，如果发现其保存了本地机器代码的地址，则直接跳转到本地机器代码进行执行，无需再次进行JIT编译。JIT编译还会优化本地的代码。

　　在程序运行时，CLR还负责：

　　异常处理

　　内存管理与垃圾回收

　　线程管理(线程池)

　　托管代码是必须在CLR下执行的代码，而非托管代码则不需要CLR的支持就可以运行。CLR本身用于管理托管代码，因此它是由非托管代码编写的，并不是一个包含了托管代码的程序集，也不能使用IL DASM进行查看。

　　它位于C:\%SystemRoot%\http://Microsoft.NET\Framework\版本号下，视安装的机器不同有两个版本，一个是工作站版本的mscorwks.dll，一个是服务器版本的mscorsvr.dll。wks和svr分别代表workstation和server。

　　CLR via C#这本书选择通过C#作为视角，讨论CLR的各种功能。通过对这本书的阅读，你会对一些实际由CLR进行管理的行为例如垃圾回收，线程管理有更加深刻的认识。

　　2. 编译：IL与JIT

　　面试出现频率：低。不排除部分IL专家会试探性问你一些IL命令，但我相信你答不出来他们也不会在意。学了IL和没学，一般人看不出来区别，学了IL，也不意味着你就很厉害。个人认为，学IL唯一的用处就在于证明你看到的书上写的各种结论，或者验证一些性能方面的想法。

　　重要程度：3/10，常识性了解即可

　　需要理解的程度：知道IL是中间代码，知道JIT的优点(带缓存的编译)，以及它可能会对你的代码进行优化。

　　2.1 什么是IL(CIL)?如何获得IL代码?

　　在.NET的开发过程中， IL的官方术语是MSIL或CIL(Common Intermediate Language，即公共中间语言)。因此，IL，MSIL和CIL指的是同一种东西。

　　当使用支持.NET的编译器编译之后，生成.dll或.exe文件。这文件称作.NET程序集，包含IL和元数据。不同语言(例如C#和VB)经过不同编译器(例如C#编译器和VB编译器)，编译一段功能相似的代码(区别仅仅在于语法)，其IL也基本相似。虽然IL相对C#较为底层，但它仍然是一个十分高级的语言。它并不是汇编语言。

　　可以通过ildasm(在cmd中运行)工具加载任意的.NET程序集并分析它的内容，包括它所包含的IL代码和元数据。注意，高级语言只公开了CLR的所有功能的一个子集，而IL允许开发人员访问CLR所有的功能。

　　2.2 什么是JIT?还有什么其他编译方式?何时使用到JIT?

　　即时编译(英语：Just-in-time compilation)是动态编译的一种形式，是一种提高程序运行效率的方法。通常，程序有两种运行方式：静态编译与动态编译。静态编译的程序在执行前全部被翻译为机器码，而动态编译执行的则是一句句，边运行边翻译。

　　即时编译则混合了这二者，一句句编译源代码，但是会将翻译过的代码缓存起来以降低性能损耗。相对于静态编译代码，即时编译的代码可以处理延迟绑定并增强安全性。

　　CLR的JIT负责将IL编译成机器码。 当程序编译成程序集之后，CLR加载任何需要用到的其他程序集，并开始使用JIT将CIL编译为机器码。

　　JIT编译器会在方法的首次调用时，从类型的元数据中查找方法，并进行检查，例如检查类型是否安全。如果出现了问题，则触发运行时错误。以后对方法的所有调用都以本地代码的形式全速运行，无须重新检查。

　　2.3 本地代码的优化

　　CLR的JIT编译器会对本地代码进行优化。例如字符串驻留中对常量字符串相加的优化。和没有优化相比，优化之后的代码将获得更出色的性能。但过度的优化可能会出现问题，在CLR via C#的易失构造中，作者举了一个例子。

　　class Program

　　{

　　private static bool s_stopWorker = false;

　　static void Main()

　　{

　　Console.WriteLine("Main: letting worker run for 2 seconds");

　　Thread t = new Thread(Worker);

　　t.Start();

　　Thread.Sleep(2000);

　　s_stopWorker = true;

　　Console.WriteLine("Main: waiting for worker to stop");

　　t.Join();

　　}

　　private static void Worker(object o)

　　{

　　int x = 0;

　　while (!s_stopWorker)

　　{

　　x++;

　　}

　　Console.WriteLine("Worker: stopped when x = {0}", x);

　　}

　　}

　　如果使用f5呼叫出Visual Studio的调试模式，则程序会像预期的那样正常运行直到结束。使用调试器会造成JIT编译器在Debug模式进行编译，它生成未优化的代码，目的是方便你进行单步调试。如果是选择了x86的Release模式进行编译：

　　它将会生成被CLR优化的代码。值得一提的是，x86编译器是一个更成熟的编译器，执行优化比x64更大胆。x64不会执行上面所说的特定的优化。在再次用f6进行编译之后，用ctrl+f5运行程序，程序将会陷入无限循环。

　　注意：必须用x86+Release编译，然后以非调试模式运行(即Ctrl+F5)，才能看到这个效果。问题发生的原因是，x86的编译优化过度。它发现变量s_stopWorker要么为true要么为false。

　　它还发现这个值在worker方法本身中从来没有变化。因此，编译器会生成代码检查s_stopWorker，如果s_stopWorker为true，就显示“Worker: stopped when x = 0”。如果s_stopWorker为false编译器就生成代码进入一个无限循环，并一直递增x。解决的办法是为s_stopWorker加入修饰词volatile。

　　PDB文件包含了可以令调试器在本地工作的信息。可以这么说：有了PDB文件，本地的debug才成为可能。如果你打算发布Release版本，则不需要该文件。使用Release模式编译的结果中也不包含PDB文件。

　　例如，你写了一个小的控制台程序给别人用，那么你不需要把\bin\debug里面所有的文件都拷贝给别人，你只需要程序本身，必要的dll和config文件即可。