浅谈Unity与.NetMonoIL2CPP

Posted 2022-04-21 Hello Bug.

一：什么是.Net?

.Net是微软的一种技术平台/一种规范，而不是一种语言，可以理解为接口
.NET平台支持多种语言开发：C#、F#、Visual Basic等
目前.Net有三种主流实现
——.Net Framework：主要是基于Windows上开发
——.Net Core：支持跨平台开发
——Mono：支持跨平台开发

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二：.Net代码的编译过程

首先我们写的代码通过特定语言的编译器编译成CIL(Common Intermediate Language：中间语言，也可以称为IL或MSIL)，它是一种托管代码类似于Java的虚拟机，它会存储在.DLL或.EXE的程序集中，CIL是一种伪代码不能被计算机直接识别。它与平台操作系统无关与CPU无关，这也为跨平台奠定了基础
之后在程序运行时再通过CLR(Common Language Runtime：公共语言运行时)内部的JIT编译器将CIL编译成计算机可以识别的CPU指令(机器码：01010101)，IL语言对于CLR来说是透明的，CLR并不知道IL是由哪种语言编译而来
这是一个二次编译的过程

我们知道程序运行时候需要占用计算机的内存，C++的程序员是需要自己手动操作管理内存的，需要自己分配和释放内存。但是.NET程序员是不需要进行这个操作的，这是因为CLR帮我们自动做了分配内存和释放内存的操作

托管代码与非托管代码：
例如C#，Java等，托管代码包含中间语言，需要经过虚拟机/CLR转换为CPU指令，代码执行效率低，但是它不依赖于操作系统和CPU，在各个操作系统上都能执行，它是运行在虚拟机/CLR上的
例如C++等，非托管代码是直接对接CPU指令，代码执行效率高，但是不同的操作系统需要单独编写代码，重复低效，它是运行在机器上的。C++能跨平台可以理解为每个平台都实现了一套解析c++的运行库

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三：什么是Mono？

因为.Net Framework本身只能在Windows平台上运行，对于跨平台的需求Mono就产生了
Mono是基于CLI和C#的ECMA标准提供的.Net的另一种实现，与.Net不同的是它将CLR在所有支持的平台上重新实现了一遍(安卓、Switch，PS4)并且还将.Net Framework提供的基础类库也重新实现了一遍

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四：Mono的组成

——C#编译器：C#编译器称为mcs，可以完成C#的编译工作，作用就是将C#源码编译成中间语言CIL，在非Windows平台上需要Mono运行时来运行，而在非Windows平台上既可以用.Net运行时，也可以使用Mono运行时
——Mono运行时(Mono VM)： 实现了ECMA公共语言架构，提供了一个即时编译器（JIT）、预编译器（AOT）、类库加载器、垃圾回收器、线程系统和互操作性功能
——基础类库(.Net类库)：提供一组全面的类，这些类兼容.Net框架并保持一致，时候构建程序的结实基础
——Mono类库：提供了很多超越基础类库的类，提供了额外的功能，例如一些处理Gtk+，Zip文件，LDAP，OpenGL、Cairo、POSIX等等

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五：什么是Mono运行时？

C#编译器mcs的作用是将C#源码编译成中间语言CIL，Mono运行时的作用是将CIL转换成机器语言
Mono运行时提供了三种转译方式
——即时编译(JIT)：在运行过程中，将CIL编译成机器码。它是在程序运行时才编译代码，解释一条语句执行一条语句，同时也会将编译过的代码进行缓存，而不是每一次都进行编译
——提前编译(AOT)：在运行前，将CIL编译成机器码并储存起来，但还是有一部分编译需要用到JIT
——完全静态编译(Full AOT)：在ios平台上是禁止JIT的，所以Mono只能以Full AOT模式运行。及其器码被禁止映射到内存，即封存了内存的可执行权限，变相的封锁了jit编译方式

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六：IL2CPP

由于Mono的一些不足而引发出了一种新的解决方案：IL2CPP，在得到中间语言IL后，使用IL2CPP将他们重新变回C++代码，然后再由各个平台的C++编译器直接编译成能执行的机器码
IL2CPP很好理解她的含义：将IL代码转换成CPP文件
现在的大趋势都是把语言加上动态特性，哪怕是C++这样的静态语言，也出现了适合IL的C++编译 器，那为什么Unity要把IL再转回静态的CPP呢？原因如下：
——Mono VM在各个平台移植，维护非常耗时，有时甚至不可能完成
Mono的跨平台是通过Mono VM实现的，有几个平台，就要实现几个VM，像Unity这样支持多平台的引擎，Mono官方的VM肯定是不能满足需求的。所以针对不同的新平台，Unity的项目组就要把VM给移植一遍，同时解决VM里面发现的bug，这非常耗时耗力。而且有些平台无法进行移植
2.Mono版本授权受限
因为Mono的授权受限，Unity无法升级Mono版本导致一些新的C#特性无法使用，如果换作是IL2CPP，IL2CPP VM这套完全自己开发的组件，就解决了这个问题
3.提高运行效率
根据官方的实验数据，换成IL2CPP以后，程序的运行效率有了1.5-2.0倍的提升

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七：Mono和IL2CPP总结

——IL2CPP只支持AOT方式，Mono支持AOT，JIT所有方式
——平台支持：android平台支持Mono和IL2CPP的所有编译方式，而IOS只支持Mono的Full AOT模式和IL2CPP