CLR - 基础

前言

　　好记性不如烂“笔头”系列。。。

　　目录

• 托管模块
• JIT(just-in-time)
• 元数据
• CLR 解析类型引用

托管模块

　　面向 CLR 的编译器在编译源文件时最终会编译成一个 PE(可移植执行体 , Portable Executable) 文件 .

　　而一个托管模块的组成由下面几个部分组成:

组成部分	说明
PE32 或 PE32+ 头	标准WINDOW PE 文件头，类似于 "公共对象文件格式"(Common Object File Format, COFF) 头。如果这个头使用 PE32 格式，则文件能在Windows 32 位或 64 位版本上运行。如果使用 PE32+ 格式，则只能在Windows 64 位版本上运行。这个头还包括其它信息。
CLR 头	包含使这个模块成为一个托管模块的信息（可由CLR 和一些实用程序解释）。头中包含了需要的CLR 版本，一些标志（Flag），托管模块入口方法（Main 方法）的MethodDef 元数据标记（token）,以及模块的元数据、资源、强名称、一些Flag以及其它不太重要的数据项的位置大小。
元数据	当局者迷how func;asdf asdfksdfasd fsadf 每个托管模块都包含元数据表。主要有两种类型的表：一种类型的表描述源代码中定义的类型与成员；另一种类型的表描述源代码中引用的类型与成员。 一般为描述其他对象而建立的对象都会加上“元”，元数据就是描述其他数据的数据。在.NET 中，其他数据指.NET 对象，引用到的对象及他们的关系。
IL (中间语言) 代码	编译器编译时生成的代码。在运行时，CLR 将IL 编译成本地CPU 指令。（IL 代码有时称为托管代码）

JIT(just-in-time)

　　执行一个方法时，必须将将IL 由JIT （just-in-time ,即时编译器）转换成本地CPU 指令。

　　分析书中的例子：

　　在Main方法执行之前，CLR会检测出Main的代码引用的所有类型。这将导致CLR分配一个内部数据结构，它用来管理对所用引用的类型的访问。 例如上图，Main方法引用了一Console类型，这导致CLR分配一个内部结构。在这个内部结构中，Console类型定义的每个方法都有一个对应的 记录项。每个记录项都容纳一个地址，根据此地址既可以找到方法的实现。对这个结构进行初始时，CLR将每个记录项都设置成（指向）包含在CLR内部的一个 未文档化的函数。我将这个函数成为JITCompiler。

　　Main首次调用WriteLine时，JITCompiler函数会被调用。JITCompiler函数负责将一个方法IL代码编译成本地 CPU指令。由于IL是“即时”（just in time）编译的，所以通常CLR的这个组件称为JITter或者JIT编译器。

　　JITCompiler函数被调用时，它知道要调用的是哪个方法，以及具体是什么类型定义了该方法。然后,JITCompiler会在定义程序集的元数据中查找被调用的方法的IL。接着，JITCompiler验证IL代码，并将IL代码编译成本地CPU指令。本地CPU指令被保存到一个动态分配的内存块中。然后，JITCompiler返回CLR为类型创建的内部数据结构，找到与被调用的方法对象的那一条记录，修改最初对 JITCompiler的引用，让它现在指向内存块中的地址。最后，JITCompiler函数跳转到内存块中的代码。

　　第二次调用WriteLine。这一次，由于对WriteLine的代码进行了验证和编译，所以直接执行内存块中的代码，完全跳过JITCompiler函数。

　　第二次调用WriteLine的情况 :

元数据

　　元数据是一个二进制数据块，由几个表构成。这些表分为三个类别：定义表（definiton talbe）、引用表(reference table)和清单表(mainfest table)。

　　常用的元数据定义表：

元数据定义表名称	说明
ModuleDef	总是包含一个用于标示模块的记录项
TypeDef	模块中定义的每个类型都在这个定义表中有一个对应的记录项。
MethodDef	模块中定义的每个方法都在这个定义表中有一个对应的记录项。
FieldDef	模块中定义的每个字段都在这个定义表中有一个对应的记录项
ParamDef	模块中定义的每个参数都在这个定义表中有一个对应的记录项
PropertyDef	模块中定义的每个属性都在这个定义表中有一个对应的记录项
EventDef	模块中定义的每个事件都在这个定义表中有一个对应的记录项

　　

　　　　使用ILDasm.exe 查看TypeDef 元数据定义表:

　　常用的引用元数据表：

引用元数据表名称	说明
AssemblyRef	模块中引用的每个程序集在这个表中都有一个对应的记录项
ModuleRef	模块引用的每个类型可能是由别的PE模块实现的，所有那些模块在这个表都有一个记录项
TypeRef	模块引用的每个类型在这个表中都有一个对应的记录项
MemberRef	模块引用的每个成员都在这个表中有一个对应的记录项

　　　　使用ILDasm.exe 查看AssemblyRef 元数据引用表:

　　　　使用ILDasm.exe 查看TypeRef 元数据引用表:

　　清单元数据表:

清单元数据表名称	说明
AssemblyDef	如果该模块标示的是一个程序集，就在这个元数据表中包含单个记录项。该记录项列出了程序集名称(不含路径和扩展名)、版本(major,minor,build和revision)、语言文化(culture)、一些标志(flag)、哈希算法以及发布者的公钥。
FileDef	作为程序集一部分的每个PE文件和资源文件在这个表中都有一个对应的记录项。
MainifestResourceDef	作为程序集一部分的每个资源在这个表中都有一个对应的记录项
ExportedTypesDef	从程序集的所有PE模块中导出的每个public类型中在这个表中都有一个对应的记录项。

　　　　使用ILDasm.exe 查看AssemblyDef 清单元数据表

CLR 解析类型引用

　　　　编译这段代码并生成一个程序集，假定为Program.exe 。运行这个应用程序时，CLR 执行步骤为：

　　　　　　　　1：会加载并初始化它。

　　　　　　　　2：读取程序集的CLR 头，查找标识了应用程序入口的方法（Main）的MethodDefToken 。

　　　　　　　　3：检索MethodDef 元数据表，找到该方法的IL 代码在文件中的偏移量，把这些代码JIT（Just In Time）编译成本地（Native）代码。

　　　　当以下的IL 代码进行JIT 编译时，CLR 会检查参类型和成员的所有引用，并加载定义了它们的程序集（如果尚未加载）。

　　　　类型绑定过程如下：