【底层】 C++和C#的编译方式差异 / AOT和JIT

什么是EXE文件？

EXE是二进制的、可移植可执行 (PE)的文件，它包含程序的机器代码、资源和元数据。

具体文件结构如下：

1. 文件头
   描述了该文件的类型、大小、节段（sections）等信息。

2. 节段
   代码段（.text）：包含实际的机器指令（可执行代码）或中间语言IL代码。
   数据段（.data）：存储静态数据（如全局变量和常量）。
   资源段（.rsrc）：包含应用程序使用的资源，如图标、菜单等。
   重定位信息（.reloc）：当程序需要加载到非原始地址时，重定位信息帮助调整代码和数据的位置。

3. 导入表和导出表
   列出该程序所依赖的其他库（如 DLL），以及使用的具体函数。

AOT和JIT的区别

• AOT（Ahead of Time）：提前编译。在程序运行前就编译成机器码或者中间语言IL，存放到文件系统中。

• JIT（Just in Time）：即时编译。将中间语言IL在运行时编译成机器码。有点像解释，但不完全是。

C#的编译运行方式

(1) 源代码先被编译成中间语言IL，放入.exe文件的代码段中（.text段)中。

(2) exe文件在双击执行的时候，调用CLR（该clr.dll依赖位于.Net Framework文件夹下，见下图），它使用即时编译JIT来将IL动态编译成机器码，执行具体操作。

C++的编译运行方式

源代码直接通过编译器编译得到最后的.exe中的机器码，双击直接执行。（整个从源代码到exe的过程中实际还有预处理、汇编、链接，因为我主要是侧重JIT的差异部分展开对比，所以这些步骤省略没有提）

为什么C#要多一个即时编译JIT的步骤？

• 跨平台性：C# 预先编译成 IL 代码，然后只需在相应平台上实现相应的 CLR，就可以跨平台执行。

• 易于管理：JIT阶段需要由CLR管理执行，它提供垃圾回收、异常处理、线程管理等服务，简化了开发者的工作。

• 多语言支持：不管语言是什么，如果都编译成 IL，CLR就可以统一调用（CLR只认识IL）。

什么又是Mono和IL2CPP？

Mono

• 定义： Mono 是一个开源的跨平台 .NET 框架的实现，最初由 Xamarin 开发，旨在允许 C# 程序在多种平台（包括 Windows、Linux 和 macOS）上运行。

• 功能：提供了 CLR 的某些功能，并实现了 C# 编译器、类库和运行时。

• 与 CLR 的关系：Mono 实现了 .NET 的一些核心功能，作为一个替代 CLR 的运行时环境，同时支持运行同样的 IL 代码。

IL2CPP

• 定义： IL2CPP（Intermediate Language To C++）是 Unity 引擎原生的一部分，将 C# 中间语言代码转换为 C++ 代码，然后编译成机器码，适用于各种平台。
• 功能： 提供更高效的运行时性能和较强的安全性，特别是在移动和游戏开发中。
• 与 CLR 的关系： IL2CPP 不直接使用 CLR，而是将 IL 转换为 C++ 代码，绕过 CLR 的运行时环境，从而实现更好的性能和跨平台支持。

两者的优缺点和现状

• （缺）Mono是.Net的一种实现，它会用CLR，也就是会调用JIT，但IOS上不支持JIT。

• （缺）Mono有版权限制，用不了C#的一些新特性。

• （缺）Mono虽然跨平台，但是是需要每个平台单独实现了对应CLR，所以有几个平台就得写几种Mono虚拟机，比较费事。

• （优）Mono构建速度快一些（不是指运行），因为JIT是运行时用到什么才把什么转换成机器码的，CLR中也有一些内存管理的方法，会快很多。

• （优）IL2CPP把IL变成C++，各个平台本身就是支持C++的。

• （缺）IL2CPP构建慢一些，因为要提前把所有的代码转换成C++。不过也只是个小问题。

• （优）IL2CPP运行快，因为最后的机器码是通过C++得到的。