读懂IL代码就这么简单 (一)

一前言

  感谢 @冰麟轻武 指出文章的错误之处,现已更正

  对于IL代码没了解之前总感觉很神奇,初一看完全不知所云,只听高手们说,了解IL代码你能更加清楚的知道你的代码是如何运行相互调用的,此言一出不明觉厉

然后开始接触IL,了解了一段时后才发现原来读懂IL代码并不难。进入正题

   1.1  什么是IL

  IL是.NET框架中中间语言(Intermediate Language)的缩写。使用.NET框架提供的编译器可以直接将源程序编译为.exe或.dll文件,但此时编译出来的程序代码并不是CPU能直接执行的机器代码,而是一种中间语言IL(Intermediate Language)的代码(来源百度)

   1.2 为什么要了解IL

    在很多时候不明白代码是如何操作时就可以通过IL指令来解释,比如,装箱,拆箱是否只是听别人说或者书上讲是怎么怎么实现的,自己是否证实过呢?了解IL指令你可清楚看到是每一步是如何处理的

   1.3  怎么学IL

   世上有个定律叫“二八定律” ,80%的功能,只要用20%的技术就可以完成,但要完成另外20%可能就需要80%技术了,对于IL代码也是如此,有200多个指令,我们只需要用到其20%的指令就可以解决我们80%的问题了,所以我不会写太多,只是让大家能看懂普通的程序代码编译成IL代码后就行了,还有就是要多看,IL代码的每一条指令都是特定的意思,看得多了自然就懂了,当对自己代码有疑问时尝试看看它对应的IL代码,也许你会了解得更多。

 IL指令大全  点这里

 IL代码编译器 ILDasm   点这里

二 如何查看IL代码

  2.1 步骤

   1 编写代码并编译通过

   2  找到源文件的obj文件下的 .exe文件

     3 导入到ILDasm中反编译成IL代码

上图

1 -2步                                                     3  导入到ILDasm中                      

 

           

  ILDasm中图标含义

 

 

 

三  如何读IL(大致了解)

  以上步骤完成后我们就可以看到代码被编译后的IL代码,以下部份将会对每一条IL指令做详细的解释

C#代码 

1         static void Main(string[] args)
2         {
3             int i = 1;
4             int j = 2;
5             int k = 3;
6             Console.WriteLine(i+j+k);
7         }

 

IL代码

 // Call  Stack是一个栈,而Call Stack中的Record Frame则是一个局部变量列表,用于存储 .locals init (int32 V_0,int32 V_1,int32 V_2)初始化后的参数 V_0,V_1,V_2

因图中没有把Record Frame 标记出来,所以自己画了一张图

 

// Evaluation Stack 是一个栈 ldc.i4.2 这种指令都会先把值压入栈中等待操作

在第四段时大家可以理解得更清楚一点

另外@Learning hard 指出IL指令中第 9 11 13行容易让人误解值是从Record Frame中加载的

现强调IL指令中 第 9 11 13行的ldc.i4.1,ldc.i4.2,ldc.i4.3 执行这几条指令时 值是还没有加载到Record Frame中的,但是MSDN也没有指出从哪里加载

所以只能根据个人的想法解释,程序在编译后值类型数据会存在线程栈中,所以我认为此时的9 11 13行的值是从线程栈中取的

 1  .method private hidebysig static void  Main(string[] args) cil managed
 2 {
 3   .entrypoint  //程序入口
 4   // Code size       19 (0x13)
 5   .maxstack  3  //定义函数代码所用堆栈的最大深度,也指Evaluation Stackk中最多能同时存在3个值
6 //以下我们把它看做是完成代码中的初始化 7 .locals init (int32 V_0,int32 V_1,int32 V_2) //定义 int 类型参数 V_0,V_1,V_2 (此时已经把V_0,V_1,V_2存入了Call Stack中的Record Frame中) 8 IL_0000: nop //即No Operation 没有任何操作,我们也不用管它
9 IL_0001: ldc.i4.1 //加载第一个变量"i"的值      (压入Evaluation Stack中) 10 IL_0002: stloc.0 //从栈中把"i"的值弹出并赋值给Record Frame中第0个位置(V_0)   
11   IL_0003:  ldc.i4.2    //加载第二个变量"j"的值       (压入Evaluation Stack中) 
12   IL_0004:  stloc.1     //从栈中把"j"的值弹出并赋值给Record Frame中第1个位置(V_1)
13   IL_0005:  ldc.i4.3    //加载第三个变量"k"的值       (压入Evaluation Stack中)
14   IL_0006:  stloc.2     //从栈中把 "k"的值弹出并赋值给Record Frame中第2个位置(V_2)
15 
16    //上面代码初始化完成后要开始输出了,所以要把数据从Record Frame中取出
17 
18   IL_0007:  ldloc.0     //取Record Frame中位置为0的元素(V_0)的值("i"的值)并压入栈中  (相当于Copy一份值Call Stack中V_0的值。V_0本身的值是不变的)
19   IL_0008:  ldloc.1     //取Record Frame中位置为1的元素(V_1)的值("j"的值)并压入栈中     (同上)
20   IL_0009:  add         // 做加法操作
21   IL_000a:  ldloc.2     // 取出Record Frame中位置为2的元素(V_2)的值("k"的值)并压入栈中
22   IL_000b:  add         // 做加法操作
23   IL_000c:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32) //调用输出方法
24   IL_0011:  nop
25   IL_0012:  ret         //即为  return  标记 返回值
26 } // end of method Program::Main

 指令详解

.maxstack:评估堆栈(Evaluation Stack)可容纳数据项的最大个数

.locals init (int32 V_0,int32  V_1,int32 V_2):定义变量并存入Call Stack中的Record Frame中

nop:即No Operation 没有任何操作,我们也不用管它,

ldstr.:即Load String 把字符串加压入Evaluation Stack中 

stloc.:把Evaluation Stack中的值弹出赋值到Call Stack中的Record Frame中

ldloc.:把Call Stack中的Record Frame中指定位置的值取出(copy)存入 Evaluation Stack中   以上两条指令为相互的操作stloc赋值,ldloc取值

call:  调用指定的方法

ret: 即return  标记返回

  每一句IL代码都加了注释后,是不是觉得IL代码其实并不难呢,因为它的每一条指令都是固定的,你只要记住了,看IL代码就比较轻松了。

 

四 如何读IL(深入了解)

4.1 提出问题

  有了上面的一点IL基础后,现在我们来深入一点点,

  有如下几个问题:

  1  当 ldc.i4.1 这一指定加载 “i” 这个变量后并没有马上赋值给Record Frame中的元素,而是要执行 stloc.0 后才赋值,那没赋值前是存在哪里的呢?

  2 ldloc.0  把元素取出来后,存在哪里的?

  3 add操作完成后值存在哪里?

4.2 概念引入

  Managed Heap:這是動態配置(Dynamic Allocation)的記憶體,由 Garbage Collector(GC)在執行時自動管理,整個 Process 共用一個

  Managed Heap(我理解为托管堆,存储引用类型的值)。

  Evaluation Stack:這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體,每個 Thread 都有自己專屬的 Evaluation Stack(我理解为类似一个临时存放值类型数据的线程栈)

  Call Stack:這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體,每個 Thread 都有自己專屬的 Call Stack。每呼叫一次 method,就會使得 Call Stack 上多了一個 Record     Frame;呼叫完畢之後,此 Record Frame 會被丟棄(我理解为一个局部变量表,用于存放.locals init(int32 V_0)指令的参数值如:V_0)

 

4.3  IL指令详解

 对三个名词做解释后现在我们再来仔细看看执行IL指令时,对应的变量是如何存放的

IL_0001:  ldc.i4.1    //加载第一个变量i  
首先对 ldc.i4.1 做下细解:变量的值为1 时IL指令就是ldc.i4.1 ,变量值为2 时IL指令就是ldc.i4.2,依此类推一直到ldc.i4.8
当为-1 时IL指令为ldc.i4.M1,当超过8时就是一个统一指令 ldc.i4.S

IL_0001: ldc.i4.1 //加载第一个变量i

当执行这一条指令时会把变量i 的值压入Evaluation Stack中做临时存储



IL_0002:  stloc.0     //把i 赋值给Call Stack中第0个位置
当执行这一条指信时会把Evaluation Stack 中的 i 弹出赋值给Record Frame中的第0个位置



IL_0007:  ldloc.0     //取出Record Frame位置为0的元素 (i)
当执行这条指令时会将 Record Frame中的位置为0的元素的值取出(copy)压入Evaluation Stack 等待做加法的指令 Add

  IL_000b:  add         // 做加法操作
  add这一操作完成后,会把结果存在Evaluation Stack中等待下一步的指令操作
4.4 问题回答
  以上内容看完开始的问题相应也解决了
  1 ldc.i4.1 把值取出来后先存在 Evaluation Stack中 执行了stloc.0 后才会存入Record Frame中指定的元素中
  2 ldloc.0 把取出来后也是先压入 Evaluation Stack 等持指令
  3 add 操作完成后值是暂存于 Evaluation Stack中的


以上把IL指令是如何操作内存中的值做了一点很基本的介绍,让大家在了解IL指令时,知道是如何操作内存中的值的。我想对于理解IL指令或许更透彻一点。



五 总结



  这一篇只写了IL中最基本的几个指令,然后讲解了IL指令是如何操作内存中数据的。古人云:水得一口一口喝,路得一步一步走,步子迈得大了容易扯着蛋,慢慢来内容虽然少了点,但是还会有下篇的。下一篇还是会写IL的一些基本指令,我会结合我自己的理解,尽量把文字写得通俗一点,让大家更容易理解。

另外本人水平有限,难免会有理解错误的地方,如有发现,请指出!我会马上修改,以免误导他人。

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成长在于积累

 

 参考资料:《你必须知道的.net》,MSDN

Record Frame
posted @ 2013-10-15 08:56 Zery 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏