《C# to IL》第三章 选择和循环

在IL中，标号（label）是一个末尾带有冒号（即：）的名称。它使我们能够从代码的一部分无条件地跳转到另一部分。我们经常在由反编译器生成的IL代码中看到这个标号。例如：

IL_0000: ldstr      "hi"

IL_0005: call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)

IL_000a: call       void zzz::abc()

IL_000f: ret

在冒号前面的词就是标号。在下面给出的程序中，我们在函数abc中创建一个名为a2的标号。指令br用于随时跳转到程序中的任何标号。

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

.locals (int32 V_0,class zzz V_1)

newobj instance void zzz::.ctor()

stloc.1

call int32 zzz::abc()

stloc.0

ldloc.0

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ret

}

.method private hidebysig static int32 abc() il managed

{

.locals (int32 V_0)

ldc.i4.s   20

br.s a2

ldc.i4.s   30

a2: ret

}

}

Output

20

函数abc示范了这个概念。在这个函数中，代码绕过了指令ldc.i4.s 30。因此，返回值显示为20而不是30。从而，IL使用br指令来无条件地跳跃到代码的任何部分。（程序集指令br获取4字节，而在.sr之前的br，即br.s获取1字节，对于每个标记为.s的指令，解释都是相同的。）

br指令是IL得以运转的关键组件之一。

a.cs

class zzz

{

static bool i = true;

public static void Main()

{

if (i)

System.Console.WriteLine("hi");

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld     bool zzz::i

brfalse.s IL_0011

ldstr      "hi"

call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)

IL_0011: ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.1

stsfld     bool zzz::i

ret

}

}

Output

hi

在我们的C#程序中，我们将静态变量初始化为true值。

l 静态变量，如果它们是字段，就会在静态构造函数.cctor中被初始化。这会在上面的程序中显示。

l 另一方面，局部变量在它们所在的函数中被初始化。

放置在栈上的静态构造函数中。即使同时在C#和IL中定义了字段i，还是没有true或false这样的符号。

的别名。

布尔运算符TRUE或FALSE是由C#引进的关键字，用来使程序员的工作更加轻松。由于IL不直接支持这些关键字，所以它会替代地使用数字1或0。

指令ldsfld把静态变量的值加载到栈上。指令brfalse对栈进行扫描。如果它找到了数字1，它就会将其解释为TRUE，而如果它找到了数字0，它就会将其解释为FALSE。

或TRUE，所以它不会跳转到标号IL_0011。在从C#到IL的转换中，ildasm使用以IL_开始的名称来代替标号。

指令brfalse表示“如果FALSE就跳转到标号”。这不同于br，后者总是会导致一个跳转。从而，brfalse是一个有条件的跳转指令。

在IL中没有提供if语句功能的指令。C#中的if语句会被转换为IL中的转移（branch）指令。我们所处的任何汇编器，都没有像if结构体这样的高级概念。

可以看到，我们刚刚学到的那些知识，对于我们掌握IL是非常重要的。这将帮助我们获得——区别关于哪个概念是IL的一部分而哪些是由编程语言的设计者引进——的能力

尤其需要注意的是，如果IL不支持某个特性，它就不能用任何.NET编程语言实现。从而，熟悉IL所支持的各种概念的重要性——怎么强调都不过分。

a.cs

class zzz

{

static bool i = true;

public static void Main()

{

if (i)

System.Console.WriteLine("hi");

else

System.Console.WriteLine("false");

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld bool zzz::i

brfalse.s IL_0013

ldstr "hi"

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)

br.s IL_001d

IL_0013: ldstr      "false"

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)

IL_001d: ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.1

stsfld     bool zzz::i

ret

}

}

Output

hi

。

l ，正如这个例子中的那样，它调用带有参数hi的WriteLine函数，并随后使用无条件跳转指令br，跳转到标号IL_001d。

，代码跳转到IL_0013，并且WriteLine函数会打印出false。

从而，为了在IL中实现if-else结构，需要一个有条件跳转和一个无条件跳转。如果我们使用多个if-else语句，那么IL代码的复杂度就会动态增加。

现在，可以看出编译器的编写者的智商了。

a.cs

class zzz

{

public static void Main()

{

}

void abc( bool a)

{

if (a)

{

int i = 0;

}

if ( a)

{

int i = 3;

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class public auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.field private int32 x

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ret

}

.method private hidebysig instance void abc(bool a) il managed

{

.locals (int32 V_0,int32 V_1)

ldarg.1

brfalse.s IL_0005

ldc.i4.0

stloc.0

IL_0005: ldarg.1

brfalse.s IL_000a

ldc.i4.3

stloc.1

IL_000a: ret

}

}

C#编程语言就更复杂了。在内部的一组括号中，我们不能创建之前已经在外部创建的变量。上面的C#程序在语法上是正确的，因为括号都是在同一级别上。

在IL中，会稍微简单一些。这两个i会变成两个单独的变量V_0和V_1。因此，IL不会暴露施加在变量上的任何约束。

a.cs

class zzz

{

static bool i = true;

public static void Main()

{

while (i)

{

System.Console.WriteLine("hi");

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

br.s IL_000c

IL_0002: ldstr      "hi"

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(class System.String)

IL_000c: ldsfld     bool zzz::i

brtrue.s IL_0002

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.1

stsfld     bool zzz::i

ret

}

}

当看到反汇编的代码时，你将理解为什么程序员不以编写IL代码来谋生。即使一个简单的while循环，在转换为IL后都会变得惊人的复杂。

对于一个while结构，会创建一个到标号IL_000c的无条件跳转，它位于函数的结尾。这里，它加载静态变量i的值到栈上。

下一个指令brtrue，做的事情和指令brfalse所做的正好相反。实现如下：

l ，那么它会跳转到标号IL_0002。然后值hi被放到栈上并且WriteLine函数会被调用。

，那么程序将跳转到ret指令。

上面的程序，正如你所看到的那样，并不打算停止。它会继续流动，就像一个起源于一个巨大冰川的水流。

a.cs

class zzz

{

static int i = 2;

public static void Main()

{

i = i + 3;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static int32 i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld int32 zzz::i

ldc.i4.3

add

stsfld int32 zzz::i

ldsfld int32 zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.2

stsfld     bool zzz::i

ret

}

}

Output

5

IL没有操作符用来做两个数字的加法，而是使用add指令。

个数字。

一旦指令被执行了，IL中的大多数指令就会摆脱栈上的参数，也就是该指令要操作的参数。

使用指令stsfld将静态变量i初始化为加法的结果总和。剩下的代码直接显示了变量i的值。

在IL中没有++操作符的等价物。它会被转换为指令ldc.i4.1。同样，两个数字相乘，需要使用mul指令；相减，就使用sub指令，等等。它们在IL中都有等价物。之后的代码保持不变。

a.cs

class zzz

{

static bool i;

static int j = 19;

public static void Main()

{

i = j > 16;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.field private static int32 j

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld     int32 zzz::j

ldc.i4.s   16

cgt

stsfld     bool zzz::i

ldsfld     bool zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   19

stsfld int32 zzz::j

ret

}

}

Output

True

（FALSE）放到栈上。这个值随后被存储到变量i中。使用WritleLine函数，就会生成布尔值的输出，从而我们看到显示True。

个。从而我们看到IL具有它自己的一套逻辑操作符，对基本的逻辑运算进行内部处理。

a.cs

class zzz

{

static bool i;

static int j = 19;

public static void Main()

{

i = j == 16;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.field private static int32 j

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld     int32 zzz::j

ldc.i4.s   16

ceq

stsfld     bool zzz::i

ldsfld     bool zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   19

stsfld int32 zzz::j

ret

}

}

Output

False

操作符==就是EQUALITY操作符。它也需要栈上的2个操作数（operand）来检查相等性。此后它使用ceq指令来检查相等性。如果相等，它会把值1（TRUE）放到栈上，如果不相等，它会把值0（FALSE）放到栈上。指令ceq是IL的逻辑指令集的不可缺少的一部分。

a.cs

class zzz

{

static bool i;

static int j = 19;

public static void Main()

{

i = j >= 16;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.field private static int32 j

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld     int32 zzz::j

ldc.i4.s   16

cgt

ldc.i4.0

ceq

stsfld     bool zzz::i

ldsfld     bool zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   19

stsfld int32 zzz::j

ret

}

}

Output

False

个融合在一起的条件。

在>=的情况中，IL首先使用cgt指令来检查第1个数字是否大于第2个数字。如果是，它将返回值1，否则就返回值0。如果第1个条件是FALSE，那么ceq指令将会检查这2个数字是否相等。如果相等，它就返回TRUE，否则就返回FALSE。

放到栈上。

，所以它会返回TRUE。

或TRUE。

如果你不能理解上面的解释，那么就从源代码中移除ldc.i4.0和ceq这两行，并观察输出。

a.cs

class zzz

{

static bool i;

static int j = 19;

public static void Main()

{

i = j != 16;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static bool i

.field private static int32 j

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldsfld     int32 zzz::j

ldc.i4.s   16

ceq

ldc.i4.0

ceq

stsfld     bool zzz::i

ldsfld     bool zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(bool)

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   19

stsfld int32 zzz::j

ret

}

}

Output

True

个ceq指令用来检查栈上的值是否相等。如果它们是相等的，它就会返回TRUE；否则就返回FALSE。

个ceq的结果是TRUE，那么最后的答案就是FALSE，反之亦然。

这确实是一种独创的方式来对一个值求否。

a.cs

class zzz

{

static int i = 1;

public static void Main()

{

while ( i <= 2)

{

System.Console.WriteLine(i);

i++;

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static int32 i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

br.s IL_0018

IL_0002: ldsfld     int32 zzz::i

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ldsfld int32 zzz::i

ldc.i4.1

add

stsfld int32 zzz::i

IL_0018: ldsfld int32 zzz::i

ldc.i4.2

ble.s IL_0002

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   1

stsfld int32 zzz::i

ret

}

}

Output

1

2

在介绍完条件语句之后，我们现在将关注于while循环。这种转换是必须的，因为我们在诸如while这样的循环中使用条件语句。包括条件的while循环稍微有点复杂。

让我们直接到标号IL_0018上，它位于IL代码中zzz函数的结尾。这里存在着一个条件。i的值（即1）被存储到栈上。接下来，常量2被放到栈上。

如果你再次访问C#代码，那么while语句中的条件就是i <= 2。指令ble.s是基于两个构造函数的：cgt和brfalse。这个指令检查了第1个值（即变量i）是否小于等于第2个值。如果是，它就会指示程序跳转到标号IL_0002。如果不是，程序就移动到下一个指令。

因此，像ble这样的指令使我们的工作更加容易，因为我们不必再次使用cgt和brfalse指令。

在C#中，while结构的条件出现在顶部，但是条件的代码出现在底部。在转换为IL时，在while结构体之间被执行的代码，会被放置在条件代码之上。

a.cs

class zzz

{

static int i = 1;

public static void Main()

{

for ( i = 1; i <= 2 ; i++)

{

System.Console.WriteLine(i);

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends System.Object

{

.field private static int32 i

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

ldc.i4.1

stsfld     int32 zzz::i

br.s       IL_001e

IL_0008: ldsfld     int32 zzz::i

call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ldsfld     int32 zzz::i

ldc.i4.1

add

stsfld int32 zzz::i

IL_001e: ldsfld     int32 zzz::i

ldc.i4.2

ble.s IL_0008

ret

}

.method public hidebysig specialname rtspecialname static void .cctor() il managed

{

ldc.i4.s   1

stsfld int32 zzz::i

ret

}

}

Output

1

2

老生常谈，while和for结构提供了相同的功能，可以互相转换。

个分号之前的代码只能被执行一次。因此，将要被初始化的变量i，位于循环的外面。然后，我们无条件跳转到标号IL_001e，以检查i的值是否小于2。如果结果为TRUE，那么代码跳转到标号IL_0008，它是for语句这段代码的开始点。

，而条件会被一次又一次的检查。

a.cs

public class zzz

{

public static void Main()

{

int i;

i = 1;

while ( i <= 2)

{

System.Console.Write(i);

i++;

}

i = 1;

do

{

System.Console.Write(i);

i++;

} while ( i <= 2);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

.locals (int32 V_0)

ldc.i4.1

stloc.0

br.s       IL_000e

IL_0004:  ldloc.0

call       void [mscorlib]System.Console::Write(int32)

ldloc.0

ldc.i4.1

add

stloc.0

IL_000e: ldloc.0

ldc.i4.2

ble.s      IL_0004

ldc.i4.1

stloc.0

IL_0014: ldloc.0

call       void [mscorlib]System.Console::Write(int32)

ldloc.0

ldc.i4.1

add

stloc.0

ldloc.0

ldc.i4.2

ble.s      IL_0014

ret

}

}

Output

1212

在C#中，do循环和while循环之间的区别是——条件在什么位置被检查。

l 在do-while循环中，条件会在循环的结尾被检查。这意味着循环中的代码至少会被调用一次。

l 在while循环中，条件会在循环的开始被检查。因此，代码可能从来都不会被执行。

放到栈上，并初始化变量i或V_1。

l 在while循环中，我们首先跳转到标号IL_000e，也就是检查条件——变量是否小于等于2——的地方。如果返回TRUE，我们就跳转到标号IL_0004。

l 在do-while循环中，首先Write函数会被执行，随后包括在花括号{}中的剩余代码将会被执行。当到达花括号{}中代码的最后一行时，条件才会被检查。

因此，在IL中写一个do-while循环要比写一个while循环简单得多，因为条件会直接在循环的末尾被检查。

a.cs

public class zzz

{

public static void Main()

{

int i ;

for ( i = 1; i<= 10 ; i++)

{

if ( i == 2)

break;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

.locals (int32 V_0)

ldc.i4.1

stloc.0

br.s       IL_0014

IL_0004: ldloc.0

ldc.i4.2

bne.un.s   IL_000a

br.s       IL_0019

IL_000a: ldloc.0

call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ldloc.0

ldc.i4.1

add

stloc.0

IL_0014: ldloc.0

ldc.i4.s   10

ble.s      IL_0004

IL_0019:  ret

}

}

Output

1

break语句强迫退出for循环、while循环或do-while循环。和往常一样，我们跳转到标号IL_0014，也就是变量V_0或i的值被放置到栈上的地方。然后，我们把条件值10放到栈上，并使用ble.s指令检查i是小于还是大于10。

• 如果小于，我们就进入到循环中的标号IL_0004。我们再次把变量i的值放到栈上，并把if语句的值2放到栈上。然后，我们使用bne指令——它是ceq指令和brfalse指令的组合。
• 如果变量V_0为TRUE，break语句就能确保——使用br.s指令跳转到标号IL_0019处的ret语句从而退出loop循环。

a.cs

public class zzz

{

public static void Main()

{

int i ;

for ( i = 1; i<= 10 ; i++)

{

if ( i == 2)

continue;

System.Console.WriteLine(i);

}

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

.locals (int32 V_0)

ldc.i4.1

stloc.0

br.s       IL_0014

IL_0004: ldloc.0

ldc.i4.2

bne.un.s   IL_000a

br.s       IL_0010

IL_000a: ldloc.0

call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

IL_0010: ldloc.0

ldc.i4.1

add

stloc.0

IL_0014: ldloc.0

ldc.i4.s   10

ble.s      IL_0004

ret

}

}

continue语句控制for循环到达结束位置。当if语句结果为TRUE时，程序将绕过WriteLine函数而跳转到循环的结束。然后，代码将在标号IL_0010继续执行，这里，变量V_0的值会增加1。

在break和continue语句之间的主要区别如下所示：

l 在break语句中，程序会跳出循环。

l 在continue语句中，程序绕过剩下的语句，跳转到循环的结尾。

goto语句也能到达相同的功能。从而，break语句、continue语句或goto语句，在转换为IL时，都会被转换为相同的br指令。

下面的程序示范了C#中的goto语句会被直接转换为IL中的br语句。

a.cs

public class zzz

{

public static void Main()

{

goto aa;

aa: ;

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

br.s       IL_0002

IL_0002: ret

}

}

C#中一个简单的goto语句，会被转换为IL中的br指令。在C#这样的语言中使用goto被认为是不恰当的，但是，它在IL中的等价物——br指令，对于实现诸如if语句、循环等各种结构而言，却是极其有用的。因此，在编程语言中的禁忌，在IL中却是极其有用的。

a.cs

public class zzz

{

public static void Main()

{

int j;

for ( int i = 1; i <= 2 ; i++)

System.Console.Write(i);

}

}

a.il

.assembly mukhi {}

.class private auto ansi zzz extends [mscorlib]System.Object

{

.method public hidebysig static void vijay() il managed

{

.entrypoint

.locals (int32 V_0,int32 V_1)

ldc.i4.1

stloc.1

br.s       IL_000e

IL_0004: ldloc.1

call       void [mscorlib]System.Console::Write(int32)

ldloc.1

ldc.i4.1

add

stloc.1

IL_000e: ldloc.1

ldc.i4.2

ble.s      IL_0004

ret

}

}

Output

12

这个例子解释了for循环。我们在Main函数中创建了一个变量j，在for语句中创建了一个变量i。在C#中，这个变量i只在for循环中是可见的。因此，这个变量的作用域是受限制的。

但是，转换到IL时，所有的变量都具有相同的作用域。这是因为，变量作用域的概念对IL而言有所不同。因此，取决于C#编译器所执行的变量作用域规则。因此，我们能判断出——所有的变量在IL中具有相同的作用域和可见性。