运行机制---进阶编程篇

Posted 2020-09-29 dathlin

       我已经假定你安装了宇宙第一IDE：visual studio 2017版本了，一个好的IDE会让你在敲代码的时候获得一个好心情，想想多年以前，很多人还是用VC++6.0，估计在现在，还是有一部分的人在使用，那个IDE用起来非常的不顺手，连提示错误都没有，很多时候我们只是手贱打错了个字，为了查错那个辛苦啊。扯远了，反正我没用过VC++6.0，如果你开始使用，推荐也是从最新版开始吧。

 

      我们开始新建第一个winform项目，点击新建项目后就弹出来下面的对话框：

      

新建完成后，就是如下的界面了：

      

这时候点击F5运行，然后就是这样：

      

 

      此处就出现了一个窗体，操作熟练的话，整个过程不到5秒就创建成功一个窗体了，一切都是那么的自然，自然的让我们以为创建窗口就应该是这个样子的，简单，高效，不得不说，这也是微软这么多年来努力的目标之一，就是让大家在开发程序的时候，可以尽可能的快速，便捷式操作，傻瓜式操作，使得编程的门槛大幅度的降低，上述的操作交给一个完全的新手时，几分钟就教会了。然后教教他怎么显示文本，怎么改变文本，估计也是几分钟的事情，就可以写一个简单的程序了。微软这么做的结果就是降低编程门槛，越来越多的人来学习C#，但也导致了水平普遍偏低的结果，就比如创建这个窗口，你在创建一百个这样的窗口，水平也没有提升再多了，因为这简单的几部它就是没什么技术含量的。

 

      终于进入到了本文的重点了，讲解我们用C#编写的程序的运行机制，这部分的内容对于新人来讲确实挺难理解的，我一开始学习的时候简直就是看天书一样的，所以我会尽量的将我所知道的用平实的语言讲出来，这部分内容对于理解C#来说至关重要，也是进阶的必经之路。所以我先大概说明一下运行机制，再分部完成。

　　就比如上面生成的exe程序，它到底是什么玩意，我想很多人都会疑问，刚学习C#的我也是这样。

1. 我们首先在VS中写了很多的代码，点击生成或是调试的时候，IDE使用了C#编译器将我们写的所有的代码编译成了一种中间语言IL语言，写入到了生成的exe中。
2. 可以想想看exe包含了什么东西，我们在上述的项目中定义了新的类Form1，那么这些类系统又不提供，所以肯定会把类写入到exe中，只要是自定义的类肯定会写入进去。
3. 我们可以猜测exe文件应该还有个文件头，来标识这是一个可执行的Win32程序，我们在创建项目时可以选择.NET版本，应该还包含了环境版本

　　到这里我们的猜测已经非常的接近事实的情况了， 所以当我们点击exe程序的时候，windows到底干了什么东西。

　　

　　首先windows会检查exe文件的文件头，检查程序类型是不是PE32文件头还是PE32+文件头的，这个文件头要求程序的运行环境，是不是32位，还是64位的，如果和操作系统不匹配，则不会运行，检查.NET 的版本号。

　　windows检查完exe后，检查合格后，接下来就要创建程序需要运行的进程空间了，在进程的地址空间加载MSCorEE.dll（一个.NET framework自带的链接库，可以在安装目录找到）。

　　MSCorEE.dll的用处非常大，进程的主线程会调用组件的方法来初始化运行的CLR，然后加载exe的数据（就是中间语言IL代码，包含了所有的类型说明和数据，即使加载了，还是IL代码，还不不能直接运行的，如果你的exe还引用了其他的dll，那么所有的关联的dll都会加载进来）。

　　然后MSCorEE.dll组件调用Main方法，这个和我们大学学的C语言是一致的，但是问题出现了，我们上面说过这时候CLR加载的还是IL代码，IL代码又不能直接运行，所以CLR内部的JITCompiler方法就出来干活了，工作是将IL代码编译成本机的CPU指令，这样操作后Main方法才可以真正的运行，如果Main方法调用了其他方法（这不是废话么），那么JITCompiler又出来工作了，如果每次调用方法，都要重新编译一次，那么应用程序的性能就非常差了，所以CLR使用了缓存的机制，所有的方法只有在第一次调用的时候存在一点性能损耗，以后调用就直接使用了本地指令。

　　绕着这么多的弯路，终于窗体运行了，展示给你看了，汗颜-------

　　这里肯定会有小伙伴跳出来说，这么搞累不累啊，我也想说，确实挺累的，为了运行一个程序，绕了一个大弯，我还记得我在大学的时候学的单片机，虽然我使用C语言来写程序的，但是编译器直接编译成了汇编写入ROM中，然后指针就可以直接调用程序了，你看，多么的简单明了。相比较而言，我们就不能用C#写的程序生成windows直接可以运行的程序吗？或者说直接生成IL的exe，再编译一次直接生成机器语言多好，运行效率会高很多。

　　要想回答这个问题，我们需要探究一下IL语言为什么会产生，大致就能回答上述的问题了，说到IL的产生，又不得不说.NET的生成历史，当年微软看到JAVA发展如你中天时，心里也痒痒了，也想做一个新的语言，运行在虚拟机上，这样的程序和平台无关，可以实现程序的方便移植，虽然后来做着做着还是绑定了windows系统，但是至少和windows版本没有了太大的关系，比如上述的exe程序，是基于.NET 4.5的，只要安装了.NET 4.5的话就可以很好的支持，不必为了针对哪个系统，哪个CPU架构来区别对待。事实上基于CLR的IL可以实现的功能非常的强大，拥有完整的面向对象的机制，提供了抛出异常和处理模型，只是在C#层面就只能实现部分的CLR功能，也就是说，如果CLR不支持的功能，在C#层面就肯定不支持了。

　　如果直接生成了基于机器指令的exe程序，事实上微软完全可以做到，但是这也丧失了动态性能，JITCompiler在即时编译指令时，会根据当前的cpu来优化本地指令，为特定cpu生成的程序有可能会在其他电脑无法运行，这就失去了程序的健壮性，谁都不会希望开发出这种程序吧。

　　关于性能损耗，微软早就意识到这个问题了，花了非常大的人力物力来优化JIT的性能损耗，在我的经验中，性能非常的高效，已经满足绝大多数的场景。

 

　　到此处为此，其实已经说的非常完整了，需要多读几遍，才能比较好的理解，也可以自己去查查看IL代码是什么样子的，相信还有很大的收获的。