MSIL解析一（转）

Posted 2020-08-20 尼姑哪里跑

转自：http://www.cnblogs.com/Yahong111/archive/2007/08/15/857140.html

在网上发现了一个非常好的MSIL教程，可惜是英文版的，于是就翻译了一下，与大家共享，
原文http://www.codeguru.com/Csharp/.NET/net_general/il/article.php/c4635,初次翻译文章，请大家指正。

介绍

微软中间语言 (MSIL) 是一种语言，是许多编译器(C#,VB.NET等)的输出. ILDasm (中间语言反汇编器)程序和.Net Framework SDK(FrameworkSDK\\Bin\\ildasm.exe)打包在一起，让用户以人可阅读的格式查看MSIL代码。通过该工具，我们可以打开任何.net可执行文件(exe或dll)并查看其MSIL代码。

ILAsm 程序(中间语言编译器)从MSIL语言生成可执行文件。我们可以在WINNT \\ Microsoft.NET \\Framework \\vn.nn.nn目录中找到这个程序。

许多Visual C++程序员开始.net开发是因为他们对.NET框架的底层发生了一些什么感兴趣。学习MSIL给了用户理解某些对C#程序员或VB.NET程序员来说是透明的东西的机会。通晓MSIL给.NET程序员更多的能力。我们从不需要直接用MSIL编写程序，但是在某些情况下是非常有用的，我们可以用ILDasm打开程序的MSIL代码，查看它到底做了一些什么。

一个Doc格式的MSIL参考对.NET开发人员来说比较有用，它也许可以在Framework SDK目录下找到：

• FrameworkSDK\\Tool Developers Guide\\docs\\Partition II Metadata.doc (元数据定义和术语). 在这个文件中,我发现了所有MSIL指令的说明，例如.entrypoint, .locals等. 
• FrameworkSDK\\Tool Developers Guide\\docs\\Partition III CIL.doc (CIL命令集)包含了一个MSIL命令的完整列表。 

在工作中，我也用到了一个MSDN的ILDAsm教程，一篇2001年5月由John Robbins发表在MSDN杂志的优秀的文章:"ILDASM is Your New Best Friend"。

我想学习一门语言最好的途径就是用它写一些程序，所以我决定写一些小的MSIL程序。实际上，我们有写这些代码——是C#编译器生成的，我只是做一了一些小的更改，并加了许多注释以描述MSIL是如何工作的。

通过阅读附在本文的例子可以帮助.NET程序员理解中间语言，帮助其在需要的时候更易读懂MSIL代码。

一般信息

在MSIL中，所有的操作都在栈上完成。当调用一个函数的时候，其参数和局部变量都被分配到栈上。函数的代码从该栈开始，把一些值压入栈，对这些值进行一些操作，从栈上取出值。

执行MSIL名利和函数由3个步骤完成：

1.      把命令操作数和函数参数压入栈。

2.      执行命令或者调用函数。命令或函数从栈中取出他们的操作数（参数）并把他们压入结果栈 （返回值）。

3.      从栈中读取结果值。

步骤1~3是可选的，例如，void函数不会压入一个结果值到栈。

栈包含值类型对象和引用类型对象的引用。引用类型对象本身保存在堆中。

用来把一个值压入栈中的MSIL命令是ld... （装载），用来从栈中取出值的命令是st... （存储）,因为值都存在变量中。我们可以把入栈操作叫做装载，出栈操作叫做存储。

示例项目

本文附上的代码中包含了许多用MSIL写的控制台程序. 如果需要编译他们，请确定ILAsm程序可以通过PATH访问。每个项目都是一个Visual Studio解决方案，IL源文件可以用VS的文本编辑器打开，Build命令运行ILAsm 程序在项目所在目录生成exe文件，run命令执行该文件。在每个程序的末尾，我加了几行代码，他们可以用C#来写：

 Console.WriteLine("Press Enter to continue");
 Console.Read();

这样，当从Windows Explorer运行的时候，就可以看到程序的输出。

下面是所含项目的列表：

1.      打印字符串—打印字符传到控制台。

2.      赋值—给一个int变量赋值并把它打印到控制台。

3.      运算—从控制台读取2个数字，惊醒+，-和乘的操作，并显示结果。

4.      数组— 分配一个int类型的数组，给他的元素赋值，打印其元素和数组的长度。

5.      比较— 输入2个数字并打印出最小的那个。

6.      数组2— 用循环填充数组元素并打印某些元素。

7.      不安全代码— 使用unsafe指针访问数组元素。

8.      PInvoke— 调用Win32 API。

9.      类— 和类一起工作。

10.   异常— 异常处理。

我假设你以在这所说的顺序阅读这些项目。在下面的项目描述中，我用程序来解释每一条MSIL命令，并给出一些代码片段。

打印字符串

PrintString 就是MSIL版的 Hello, World 

在代码中用到的MSIL指令如下：

l          .entrypoint— 定义程序的入口点（该函数在程序启动的时候由.NET 运行库调用）

l          .maxstack— 定义函数代码所用堆栈的最大深度。C#编译器可以对每个函数设置准确的值， 在例子中，我把他设为8。

用到的MSIL命令如下：

• ldstr string—把一个字符串常量装入堆栈。
• call function(parameters)—调用静态函数。函数的参数必须在函数调用前装入堆栈。
• pop— 取出栈顶的值。当我们不需要把值存入变量时使用。
• ret— 从一个函数中返回。

调用静态函数很简单。我们把函数的参数压入堆栈，调用函数，然后从堆栈中读取函数的返回值（如果是非void函数）。Console.WriteLine 就是一个这样的函数。

下面是代码：

.assembly PrintString {}
/*
    Console.WriteLine("Hello, World)"
*/
.method static public void main() il managed
{
    .entrypoint             // 该函数是程序的入口
    .maxstack 8
    // *****************************************************
    // Console.WriteLine("Hello, World)";
    // *****************************************************
    ldstr "Hello, World"        // 把字符串压入堆栈
    // 调用静态的System.Console.Writeline函数
    // (函数移除栈顶的字符串)
    call   void [mscorlib]System.Console::WriteLine
                                 (class System.String)
    // *****************************************************
    ldstr "Press Enter to continue"
    call   void [mscorlib]System.Console::WriteLine
                                 (class System.String)
    // 调用 System.Console.Read 函数
    call int32 [mscorlib]System.Console::Read()
    // pop 指令移除栈顶元素
    // (移除由Read()函数返回的数字
    pop
    // *****************************************************
    ret
}

赋值

该程序给一个变量赋与int值并把它打印到控制台窗口。

命令：

• ldc.i4.n—把一个 32位的常量（n从0到8）装入堆栈
• stloc.n— 把一个从堆栈中返回的值存入第n（n从0到8）个局部变量

代码：

.assembly XequalN {}
// int x;
// x = 7;
// Console.WriteLine(x);
.method static public void main() il managed
{
    .entrypoint
    .maxstack 8
    .locals init ([0] int32 x)  // 分配一个局部变量
    // *****************************************************
    // x = 7;
    // *****************************************************
    ldc.i4.7                    // 把常量装入堆栈
    stloc.0                     // 把堆栈中的值存入第0个变量
    // *****************************************************
    // Console.WriteLine(x);
    // *****************************************************
    ldloc.0                     // 把第0个变量转入堆栈
    call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
    ret
}

数据运算

本程序从控制台读取2个数字，对它们进行简单的运算，然后显示结果。

命令：

• add—2个值相加。命令的参数必须在调用前装入堆栈，该函数从堆栈中移除参数并把运算后的结果压入堆栈。
• sub— 2个值相减。
• mul— 2个值相乘。

代码片段：

.assembly Operations {}
/*
// 程序的C#代码：
            int x, y, z;
            string s;
 
            Console.WriteLine("Enter x:");
            s = Console.ReadLine();
            x = Int32.Parse(s);
 
            Console.WriteLine("Enter y:");
            s = Console.ReadLine();
            y = Int32.Parse(s);
 
            z = x + y;
            Console.Write("x + y = ");
            Console.Write(z);
            Console.WriteLine("");
 
            z = x - y;
            Console.Write("x - y = ");
            Console.Write(z);
            Console.WriteLine("");
 
            z = x * y;
            Console.Write("x * y = ");
            Console.Write(z);
            Console.WriteLine("");
*/
 
.method static public void main() il managed
{
    .entrypoint
    .maxstack 8
 
    .locals init ([0] int32 x,
           [1] int32 y,
           [2] int32 z,
           [3] string s)
 
    // *****************************************************
    // Console.WriteLine("Enter x:");
    // *****************************************************
    ldstr      "Enter x:"       // 把字符装入堆栈
call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
 
    // *****************************************************
    // s = Console.ReadLine();
    // *****************************************************
    call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
    stloc.3                     // 把值存入第3个变量
 
    // *****************************************************
    // x = Int32.Parse(s);
    // *****************************************************
    ldloc.3                     // 把第3个变量装入堆栈
 
    // 调用 System.Int32::Parse(string)函数
    // 把字符串从堆栈中移除并把解析的结果——int值压入堆栈
    call       int32 [mscorlib]System.Int32::Parse(string)
 
    stloc.0                     // 把值存入第0个变量
 
    // *****************************************************
    // 和变量y的一些运算
    // *****************************************************
    ldstr      "Enter y:"
               // 装入字符串
    call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
               // 调用
    call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
               // 调用
    stloc.3
               //把值存入第3个变量
    ldloc.3
               //把第3个变量装入堆栈
    call       int32 [mscorlib]System.Int32::Parse(string)
               // 调用
    stloc.1
               //把值存入第1个变量
 
    // *****************************************************
    // z = x + y;
    // *****************************************************
    ldloc.0             //把第0个变量装入堆栈
    ldloc.1             //把第1个变量装入堆栈
 
    // 把这2个值从堆栈中移除，把结果压入堆栈
add
 
    stloc.2             //把值存入第2个变量
 
    // *****************************************************
    // Console.Write("x + y = ");
    // *****************************************************
    ldstr      "x + y = "          // load string onto stack
    call       void [mscorlib]System.Console::Write(string)
 
    // *****************************************************
    // Console.Write(z);
    // *****************************************************
    ldloc.2                    //把第2个变量装入堆栈
    call       void [mscorlib]System.Console::Write(int32)
 
    // *****************************************************
    // Console.WriteLine("");
    // *****************************************************
    ldstr      ""                  //装入字符串
    call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
 
    //相减和相乘运算过程与上面相同
 
    ret
}