C#基础拾遗系列之一：先看懂IL代码

一、前言

首先，想说说为什么要写这样系列的文章，有时候在和同事朋友聊天的时候，经常会听到这样的话题：

（1）在这家公司没什么长进，代码太烂，学不到东西。（你有没有想想框架为什么这样写，代码还可以怎么去优化，比如公司使用Dapper，源码研究过没以及这样封装原因是啥）

（2）现在只会Ctrl + C  Ctrl +V  ，不排除有时为了效率，包括我自己有时候也懒的写直接复制粘贴  （是不是感觉距离语言的本质越来越远了）

（3）Ctrl + C  Ctrl +V 时间长了，都有点怀疑自己是否有勇气面试其他公司 （是不是总给自己找借口，年龄大了，不敢疯狂了，当然大家不要误解，我没鼓励大家跳槽）

（4）干了几年没什么提高 （无论要精通那门技术，我们都应该从其本质出发）

最近也在反思自己，之前看到博客园大神：fish-li 的一篇文章《Fish Li 该如何帮助您呢？》其中说到：如何做一个有追求的技术人员，受益匪浅。以及张善友老师分享的关于雷果果的技术之路，大家都羡慕这些大神，何曾想过他们背后的付出，不要再抱怨环境不好，环境好也是给这些有准备和有追求的人，很感谢有这样的前辈，现在的社会确实很浮躁，但与我何干，好了毒鸡汤就灌到这里，大家如果有共鸣的话，不要表达出来了，默默想想。

二、IL指令

（1）什么是IL

IL（Intermediate Language），它也称为CIL或者MSIL，中文就是“中间语言”。IL由ECMA组织（ECMA-335标准）提供完整的定义和规范。我们可以直接把C#源码编译为.exe或dll文件，但是此时编译出来的程序代码并不是CPU能直接执行的二进制代码，而是IL代码。

（2）反编译工具

在这里使用ILDasm.exe，不适用其他的反编译工具，这个工具在安装完毕VS2010后就已经存在了，大家可以在开始菜单中输入“IL”关键字进行搜索，如果没有的话，到C：\Program Files(x86)\Microsoft SDKs\Windows\v7.0A\Bin\NETFX4.0Tools

（3）IL 指令表

IL指令表

三、使用工具查看IL代码

案例一：

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            string helloString = "Hello World";
            Console.WriteLine(helloString);
        }
    }
}

从上图可以看到IL结构：包含MANIFEST文件和ConsoleApplication1，其中MANIFEST是一个清单文件，主要包括程序集的一些属性，例如程序集名称、版本号、哈希算法、程序集模块，以及对外部引用程序的引用项目。.Program类是我们要主要介绍的内容。

（1）MANIFEST清单文件介绍

// Metadata version: v4.0.30319
.assembly extern mscorlib
{
  .publickeytoken = (B7 7A 5C    E0  )                         // .z\V.4..
  .ver :::
}
.assembly ConsoleApplication1
{
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilationRelaxationsAttribute::.ctor(int32) = (         )
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.RuntimeCompatibilityAttribute::.ctor() = (            4E 6F 6E     // ....T..WrapNonEx
                                                                                                                  6F 6E    6F    )       // ceptionThrows.

  // --- 下列自定义属性会自动添加，不要取消注释 -------
  //  .custom instance void [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute::.ctor(valuetype [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute/DebuggingModes) = ( 01 00 07 01 00 00 00 00 ) 

  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTitleAttribute::.ctor(string) = (     6F 6E  6F 6C     6C     // ...ConsoleApplic
                                                                                                 6F 6E    )                         // ation1..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyDescriptionAttribute::.ctor(string) = (      )
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyConfigurationAttribute::.ctor(string) = (      )
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCompanyAttribute::.ctor(string) = (      )
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyProductAttribute::.ctor(string) = (     6F 6E  6F 6C     6C     // ...ConsoleApplic
                                                                                                   6F 6E    )                         // ation1..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCopyrightAttribute::.ctor(string) = (     6F         C2 A9    // ...Copyright ..
                                                                                                         )                            //  2018..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTrademarkAttribute::.ctor(string) = (      )
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.ComVisibleAttribute::.ctor(bool) = (      )
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.GuidAttribute::.ctor(string) = (            2D       // ..$b52968c2-dfc3
                                                                                                  2D     2D     2D        // -4e81-82d2-d9f5b
                                                                                                           )                      // b3283d7..
  .custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyFileVersionAttribute::.ctor(string) = (     2E  2E  2E    )             // ...1.0.0.0..
  .custom instance void [mscorlib]System.Runtime.Versioning.TargetFrameworkAttribute::.ctor(string) = (   1C 2E 4E      6D   6F  6B   // ....NETFramework
                                                                                                        2C      6F 6E 3D   2E  2E     // ,Version=v4.5.2.
                                                                                                          0E     6D   6F  6B      // .T..FrameworkDis
                                                                                                         6C   4E  6D   2E 4E        // playName..NET Fr
                                                                                                         6D   6F  6B   2E  2E  )          // amework 4.5.2
  .hash algorithm 0x00008004
  .ver :::
}
.module ConsoleApplication1.exe
// MVID: {A09A2101-9A49-483A-A224-5D2E14D231A6}
.imagebase 0x00400000
.file alignment 0x00000200
.stackreserve 0x00100000
.subsystem 0x0003       // WINDOWS_CUI
.corflags 0x00020003    //  ILONLY 32BITREQUIRED
// Image base: 0x01110000

介绍：

指定当前程序集需要引用的外部程序集，如上面 ConsoleApplication1.exe就是引用了mscorlib.

.publickeytoken = (标记 ) 指定所引用程序集的实际公钥标记。公钥能唯一确定程序集。

.ver：指定引用程序集的版本

.assembly 程序集名称  指定程序集名称

.hash algorithm int32值  ：  指定使用的hash算法

.ver :指定程序集版本号

.module ConsoleApplication1.exe    指定组成程序集的模块名称，在此示例中，程序集中只包含一个文件
.subsystem 0x0003 // WINDOWS_CUI  指定程序要求的应用程序环境。在此示例中，0x0003表示该可执行文件从控制台运行
.corflags 0x00020003 // ILONLY 32BITREQUIRED 当前是元数据中的一个保留字段

.class表示的Program是一个类，extends 代表Program类继承于程序集mscorlib中的System.Object类，这就告诉我们，在C#中所有的类的父类都是Object。

private为访问权限，表明该类是私有的。

auto：表明程序加载的时候内存布局是有CLR决定的，而不是由程序本身控制的。

ansi:表明类的编码为ansi编码

beforefieldinit ：表明CLR可以在第一次访问静态字段之前的任何时刻执行类型构造函数。类型构造函数也就是构造函数，而使用beforefieldinit属性可以提高性能。

.ctor 表示构造函数

cil managed 表明方法体中的代码是IL代码，且是托管代码，即运行在CLR运行库中的代码

.maxstack 表明执行构造函数时，评估堆栈可容纳数据项的最大个数。评估堆栈是保存方法中所需变量的值的一个内存区域，该区域在方法执行结束时会被清空，或者存储一个返回值

IL_0000是代码行的开头。一般在IL_标记之前的部分为变量的声明和初始化操作。

ldarg.0表明加载第一个成员参数，其中ldarg是load argument 的缩写

call 指令一般用于调用静态方法，而这段代码中call指令并不是在调用静态函数，而是调用System.Object构造函数。另外一个指令则一般用来调用实例方法，它的调用过程是：首先检查被调用的函数是否为虚函数，

如果不是就直接调用，如果是则检查子类是否重写，如果有重写就调用子类中的实现，如果没有重写就继续调用原来函数。

ret 指令表示执行完毕，就是return的缩写

最后是Main函数，它是应用程序的入口函数：

hidebysig ：指令表示如果当前类作为父类，用该指令标记的方法将不会被子类继承

.entrypoint ：指令代表该函数是程序的入口函数，每个托管应用程序都有且只有一个入口函数，CLR加载的时候，首先从.entrypoint函数开始执行。

.locals init ([0] string helloString) 表示定义string 类型的变量，变量名成为：helloString

IL_0000: nop 表示不做任何操作 No Operation

ldstr "Hello World" :  ldstr:推送对元数据中存储的字符串的新对象引用   表示：将字符串“Hello World” 压入评估栈，此时“Hello World” 处于评估栈的栈定，栈是一种数据结构，具有先进后出的特性。

stloc.0  :从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 0 处的局部变量列表中（也就helloString）  在此示例中：就是把字符串"Hello World" 赋值给变量helloString

ldloc.0 ：将索引 0 处的局部变量加载到计算堆栈上。也就是：把变量helloString 加载到计算堆栈上

（以ld为前缀的指令表示：入栈操作  st为前缀的指令则代表着出栈操作）

call :指令表示调用静态函数， 这里调用的是Console类中的WriteLine函数，把第0个局部变量输出到控制台中

案例二：

（1）IL基本类型

任何都有其内置的类型，IL语言也不例外，因为C#语言最终都会编译成IL代码，所以两者必然存在一种对应关系：

（2）IL变量的声明

.locals 指令代表变量的声明，声明语句放在IL_标记前面。例如在前面的程序中，

.locals init ([0] string helloString)  就声明了一个名为helloString的变量，其中类型为string

（3）基本运算符

算数运算符：加法指令add   、乘法指令sub、出发指令div、以及求余指令rem等

位运算符：包括一元指令not 、与指令and、或指令or，结果以1 和 0 分别表示真、假，运算结果压入评估栈栈顶

比较运算：包括大于指令cgt、小于指令clt 和等于指令 ceq

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace ILAdd
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int i = ;
            int j = ;

            int result = i + j;

            Console.WriteLine(result);

        }
    }
}

IL代码分析如下：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  // 代码大小       17 (0x11)
  .maxstack
//声明三个变量
  .locals init ([] int32 i,
           [] int32 j,
           [] int32 result)
//不做任何操作
  IL_0000:  nop
//将整数值 2以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
  IL_0001:  ldc.i4.
//把评估栈顶的值弹出，并赋值给第0个局部变量（即 i）,等价于i = 2
  IL_0002:  stloc.
//将整数值 3以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
  IL_0003:  ldc.i4.
//把评估栈顶的值弹出，并赋值给第1个局部变量（即 j）,等价于j = 2
  IL_0004:  stloc.
//把第0个变量压入评估栈，即把变量 i 压入评估栈
  IL_0005:  ldloc.
//把第1个变量压入评估栈，即把变量 j 压入评估栈
  IL_0006:  ldloc.
//执行add操作，之后将把变量i和j清空，并把操作结果保存在评估栈站顶
  IL_0007:  add
//把站顶的值弹出，并赋值给第二个局部变量（即result） ，此时result即为i+j 的值，因为栈顶为两个值的和
  IL_0008:  stloc.
//将索引 2 处的局部变量加载到计算堆栈上。就是result
  IL_0009:  ldloc.
//call调用静态函数
  IL_000a:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
  IL_000f:  nop
//返回
  IL_0010:  ret
} // end of method Program::Main

static void Main(string[] args)
        {
            int i = ;
            if (i>)
            {
                Console.WriteLine("i为正数");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("i为0或负数");
            }
        }

IL分析如下：

.method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
{
  .entrypoint
  // 代码大小       40 (0x28)
  .maxstack
  .locals init ([] int32 i,
           [] bool V_1)
  IL_0000:  nop
  IL_0001:  ldc.i4.
  IL_0002:  stloc.
  IL_0003:  ldloc.
  IL_0004:  ldc.i4.
//执行大于指令，比较i与0,运算结果存在于评估栈栈顶，1表示真，即i>0为真
  IL_0005:  cgt
//就是把比较后的值赋值个变量V_1
  IL_0007:  stloc.
// 把变量V_1压入评估栈
  IL_0008:  ldloc.
//如果 value 为 false、空引用或零，则将控制转移到目标指令
  IL_0009:  brfalse.s  IL_001a
  IL_000b:  nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
  IL_000c:  ldstr      bytearray (  3A 4E  6B   )                         // i.:Nckpe
  IL_0011:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0016:  nop
  IL_0017:  nop
//无条件地将控制转移到目标指令（短格式）
  IL_0018:  br.s       IL_0027
  IL_001a:  nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
  IL_001b:  ldstr      bytearray (  3A 4E     1F 8D   )             // i.:N0..b..pe
  IL_0020:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_0025:  nop
  IL_0026:  nop
  IL_0027:  ret
} // end of method Program::Main

案例三：const的本质

namespace ConstIL
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
　　　　　　　
            Console.WriteLine(Person.num);
        }
    }

    public class Person
    {
        /// <summary>
        /// 这个就是一个所谓的const常量
        /// </summary>
        public const int num = ;
    }
}

IL代码分析：

为什么可以直接类名.num？这种语法只有在该常量为static修饰是才可以，下面我们来看看IL：

.field public static literal int32 num = int32(0x0000000A)

看到没，const其实就是一个static的变量，一个静态的值，因为它是跟着类走的。而不是实例。所以 const的特征如下：

（1）固定不变的值。

（2）在编译的时候就已经确定了。

（3）在初始化的时候设置值

好了，先写到这里，回家前写这一篇，希望对你有帮助。

参考书籍：《Learning Hard》

参考文章：http://www.cnblogs.com/flyingbirds123/archive/2011/01/29/1947626.html

作者：郭峥

出处：http://www.cnblogs.com/runningsmallguo/

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