.NET(C#)：分析IL中的if-else，while和for语句并用Emit实现

这是一篇关于IL和反射Emit的文章（所以不喜欢IL或者Emit的就没必要往下看了），要求读者对IL和Emit工作原理较了解。所有分析IL均在Visual Studio 2010 SP1下编译生成。（其他编译器不一定100%结果一样但逻辑上肯定是等价的，希望读者学到“为什么”，而不是“是什么”）。

目录

• 分析if-else
• Emit创建if-else动态方法
• 分析while
• Emit创建while动态方法
• 分析for
• Emit创建for动态方法

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分析if-else

C#中的if-else：

if (条件)
    //为true代码
else
    //为false代码

if-else的IL执行逻辑：

条件为真：goto 真
假
//false代码
goto 退出
真
//true代码
退出

来分析一个示例程序：

C#:

static void doo(bool b)
{
    if(b)
        Console.WriteLine(1);
    else
        Console.WriteLine(2);
}

IL：

.maxstack 2
.locals init (
    [0] bool CS$4$0000)
L_0000: nop 
L_0001: ldarg.0   //b进栈
L_0002: ldc.i4.0  //0（false）进栈
L_0003: ceq       //比较b和false
L_0005: stloc.0   //将结果赋值给临时bool
L_0006: ldloc.0   //加载bool
L_0007: brtrue.s L_0012  //如果false，跳至L_0012
L_0009: ldc.i4.1  //true代码
L_000a: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
L_000f: nop  
L_0010: br.s L_0019 //跳至返回
L_0012: ldc.i4.2  //false代码
L_0013: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
L_0018: nop 
L_0019: ret //返回

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Emit创建if-else动态方法

有了上面的知识，就可以自己创建一个有if-else语句的动态方法，比如这样一个方法：

static void test(bool b)
{
    if(b)
        Console.WriteLine("真");
    else
        Console.WriteLine("假");
}

使用反射Emit创建并运行，代码：

//+ using System.Reflection;
//+ using System.Reflection.Emit;
static void Main(string[] args)
{
    //创建DynamicMethod对象
    var dm = GetIfElse();

    //测试
    dm.Invoke(null, new object[] { true });
    dm.Invoke(null, new object[] { false });
}

static DynamicMethod GetIfElse()
{
    var dm = new DynamicMethod("", null, new Type[] { typeof(bool) });
    var gen = dm.GetILGenerator();

    Label lbFalse = gen.DefineLabel();
    Label lbRet = gen.DefineLabel();

    //判断
    gen.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
    gen.Emit(OpCodes.Ldc_I4, 1);
    gen.Emit(OpCodes.Ceq);
    //如果false: 跳至false代码
    gen.Emit(OpCodes.Brfalse, lbFalse);
    //true代码
    gen.EmitWriteLine("真");
    //跳至退出
    gen.Emit(OpCodes.Br, lbRet);
    //false代码
    gen.MarkLabel(lbFalse);
    gen.EmitWriteLine("假");
    //退出代码
    gen.MarkLabel(lbRet);
    gen.Emit(OpCodes.Ret);

    return dm;
}

输出：

真
假

OK！

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分析while

C#中的while：

while (条件)
{
    //true代码
}

IL中while执行逻辑：

goto 判断
真
//true代码
判断
条件为真：goto 真

分析代码，C#:

static void doo(bool b)
{
    while (b)
    {
        Console.WriteLine("TRUE");
    }
}

IL：

.maxstack 1
.locals init (
    [0] bool CS$4$0000)
L_0000: nop 
L_0001: br.s L_0010  //跳至判断
L_0003: nop          //true代码
L_0004: ldstr "TRUE" 
L_0009: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
L_000e: nop 
L_000f: nop 
L_0010: ldarg.0     //开始判断，载入b
L_0011: stloc.0 
L_0012: ldloc.0     //将b的值赋予临时变量
L_0013: brtrue.s L_0003 //如果为true，跳至true代码
L_0015: ret 

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Emit创建while动态方法

上面懂了的话，创建一个while循环就非常简单了，我们将动态创建这样一个方法：

static void test(bool b)
{
    if(b)
        Console.WriteLine("TRUE");
}

代码：

//+ using System.Reflection;
//+ using System.Reflection.Emit;
static void Main(string[] args)
{
    //创建DynamicMethod对象
    var dm = GetWhile();

    //测试
    dm.Invoke(null, new object[] { false });
    Console.WriteLine("参数false，结束，等待3秒后运行参数true");
    System.Threading.Thread.Sleep(3000);
    dm.Invoke(null, new object[] { true });
}

static DynamicMethod GetWhile()
{
    var dm = new DynamicMethod("", null, new Type[] { typeof(bool) });
    var gen = dm.GetILGenerator();

    Label lbCondition = gen.DefineLabel();
    Label lbTrue = gen.DefineLabel();

    //跳至判断
    gen.Emit(OpCodes.Br, lbCondition);

    //标记True代码
    gen.MarkLabel(lbTrue);

    gen.EmitWriteLine("TRUE");

    //标记判断代码
    gen.MarkLabel(lbCondition);
    //判断
    gen.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
    gen.Emit(OpCodes.Ldc_I4, 1);
    gen.Emit(OpCodes.Ceq);
    //如果True，跳至true代码
    gen.Emit(OpCodes.Brtrue, lbTrue);

    gen.Emit(OpCodes.Ret);
    return dm;
} 

程序输出，当然false参数没有任何输出，然后等3秒后，无限输出TRUE

参数false，结束，等待3秒后运行参数true
TRUE
TRUE
TRUE
TRUE
...

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分析for

C#中的for

for (定义; 判断; 追加动作)
{
    //动作
}

IL中for执行逻辑：

goto 判断
动作
追加动作

判断
条件为真：goto 动作

呵呵，看似略复杂的for循环其实也是很简单的。

分析代码：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    Console.WriteLine(i);
}

IL：

.maxstack 2
.locals init (
    [0] int32 i,
    [1] bool CS$4$0000)
L_0000: nop 
L_0001: ldc.i4.0     
L_0002: stloc.0      //i=0
L_0003: br.s L_0012  //跳至判断
L_0005: nop          //true代码
L_0006: ldloc.0      //动作代码
L_0007: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
L_000c: nop          //动作代码结束
L_000d: nop          //追加动作代码
L_000e: ldloc.0      //i++
L_000f: ldc.i4.1 
L_0010: add 
L_0011: stloc.0      //更新i，追加动作代码结束
L_0012: ldloc.0     //判断代码
L_0013: ldc.i4.s 10 //10进栈
L_0015: clt         //<=判断指令，判断i是否小于10
L_0017: stloc.1 
L_0018: ldloc.1     //将结果存入临时本地bool变量
L_0019: brtrue.s L_0005  //如果为true，跳至true代码
L_001b: ret 

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Emit创建for动态方法

我们将动态创建这样一个方法：

static void test(int c)
{
    for (int i = 0; i < c; i++)
    {
        Console.WriteLine(i);
    }
}

代码：

//+ using System.Reflection;
//+ using System.Reflection.Emit;
static void Main(string[] args)
{
    //创建DynamicMethod对象
    var dm = GetFor();

    //测试
    dm.Invoke(null, new object[] { 3 });
}

static DynamicMethod GetFor()
{
    var dm = new DynamicMethod("", null, new Type[] { typeof(int) });
    var gen = dm.GetILGenerator();

    //临时变量i
    LocalBuilder locI = gen.DeclareLocal(typeof(int));
    Label lbCondition = gen.DefineLabel();
    Label lbTrue = gen.DefineLabel();

    //i=0
    gen.Emit(OpCodes.Ldc_I4_0);
    gen.Emit(OpCodes.Stloc, locI);

    //跳至判断
    gen.Emit(OpCodes.Br, lbCondition);

    //标记True代码
    gen.MarkLabel(lbTrue);

    //Console.WriteLine(i)
    gen.Emit(OpCodes.Ldloc, locI);
    gen.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(int) }));

    //追加代码
    //i++
    gen.Emit(OpCodes.Ldloc, locI);
    gen.Emit(OpCodes.Ldc_I4_1);
    gen.Emit(OpCodes.Add);
    gen.Emit(OpCodes.Stloc, locI);

    //判断代码
    gen.MarkLabel(lbCondition);
    gen.Emit(OpCodes.Ldloc, locI);
    gen.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
    gen.Emit(OpCodes.Clt);
    //如果True，跳至true代码
    gen.Emit(OpCodes.Brtrue, lbTrue);

    gen.Emit(OpCodes.Ret);
    return dm;
}

输出：

0
1
2

转自：https://www.mgenware.com/blog/?p=90