.NET 术语
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2022-07-13 21:42:43
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.NET 术语
1. CIL——公共中间语言
测试CIL:
c#：
namespace _5
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string text = "hello, rod chen!";
Console.WriteLine(text);
}
}
}Module Module1
Sub Main()
Dim text As String = "hello, rod chen !"
Console.WriteLine(text)
End Sub
End Module从图中可以看出编译出来的程序集基本上是相同的，红色框内的内容vb程序中多了一个nop中间代码，不过由于No Operation 没有任何操作，我们也不用管它。
可以得到一个初步的推断：不管是VB.NET还是是C#，编译之后的程序集都能够用IL DASM打开，因此它们生成的程序集的格式都是相同的。
剖析术语：
公共：因为不论是C#语言也好，VB.NET语言也好，C++/CLI语言也好，甚至是重新开发的一套以自己的名字缩写命名的语言，只要它期望运行的目标平台是.NET，在经过相应的编译器编译之后，所生成的程序集就是由CIL语言代码描述的。
中间：这个词也是大有深意，为什么不叫公共机器语言（Common Machine Language），或者公共本地语言（Common Native Language）？因为这种语言只是比我们使用的高级语言，比如C#低级一点，并不是CPU可以直接执行的本地机器语言。这种语言还需要.NET运行时（.Net runtime）环境的支持，在执行之前，进行一个被称为Just-in-time（即时）的二次编译过程，才能转变成计算机可以识别的指令。关于.NET运行时，以及详细过程后面再介绍，现在只要知道，这个文件所包含的CIL代码并非机器可以直接执行的指令代码。
语言： CIL不过是一种程序语言，只不过相对于C#来说，它是一种更低级语言。从截图中，已经可以看到，CIL是一种基于堆栈的语言，同时，它提供了class、interface、继承、多态等诸多面向对象的语言特性，因此它又是完全面向对象的语言。如果愿意，甚至可以直接编写CIL代码，并且使用CIL的编译工具IL ASM（IL Assembler，IL汇编程序）来对它进行编译。只不过，和大多数低级语言一样，这种方式会使开发效率会变得很低。这里注意区别一下IL ASM和IL
DASM，它们的拼写是不同的。
好了，已经知道了CIL的存在，从现在开始，最好在头脑里建立起两个模型或两种视角：一种是基于C#或其他高级语言的源程序的视角，一种是基于CIL中间语言的程序集视角。
初始创建项目的时候，会默认在项目中引入一些dll，如下图所示：
2. BCL和FCL
(1) BCL
BCL是一个公共编程框架，称为基类库，所有语言的开发者都能利用它。是CLI（Common Language Infrastructure，公共语言基础结构）的规范之一，主要包括：字符串操作、 高级的数学运算、 文件访问、 加密和更多的功能的类。初始创建项目的时候，会默认在项目中引入一些dll，如下图所示：
如果我们将引入的dll全部删除的话，对于下面的代码还是可以运行成功。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Test test = new Test() { Name = "rod chen" };
System.Int32 a = 0;
Console.WriteLine(test);
}
}
public class Test
{
public string Name;
}#region Assembly mscorlib.dll, v4.0.0.0
// C:\Program Files (x86)\Reference Assemblies\Microsoft\Framework\.NETFramework\v4.5\mscorlib.dll
#endregion查看mscorlib.dll程序集中都包含了哪些命名空间和类型
string userName = "rod chen";#region 程序集 mscorlib.dll, v4.0.0.0
// C:\Program Files (x86)\Reference Assemblies\Microsoft\Framework\.NETFramework\v4.5\mscorlib.dll
#endregionusing System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Globalization;
using System.Reflection;
using System.Runtime;
using System.Runtime.ConstrainedExecution;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Security;
using System.Text;
namespace System
{
// 摘要:
// 表示文本，即一系列 Unicode 字符。
[Serializable]
[ComVisible(true)]
public sealed class String : IComparable, ICloneable, IConvertible, IComparable<string>, IEnumerable<char>, IEnumerable, IEquatable<string>
{下面列举C#基元类型在FCL中对应的类型：
.NET同时也对语言开发者提供支持.如你需要设计一款语言，那么在开发编译器时将语言的关键字映射为CIL中的类型就可以了，也就是说，对自己语言中的一些特殊符号（关键字）进行映射处理，就好像C#中的关键字int和string一样。
这就是基元类型(Primitive Type)。由编译器直接支持，将语言本身的关键字类型转换为CIL类型的，就叫做基元类型。
这种映射关系相当于： using string = System.String;可以看到BCL的作用是支持源程序的。
(2) FCL
FCL提供了大粒度的编程框架，它是针对不同应用设计的框架 ，FCL大部分实现都引用了BCL，例如我们常说的开发框架：ASP.NET、MVC、WCF和WPF等等，提供了针对不同层面的编程框架 。从功能上来看，可以将FCL框架类库划分成以下几层。
最内一层，由BCL的大部分组成，主要作用是对.NET框架、.NET运行时及CIL语言本身进行支持，例如基元类型、集合类型、线程处理、应用程序域、运行时、安全性、互操作等。
中间一层，包含了对操作系统功能的封装，例如文件系统、网络连接、图形图像、XML操作等。
最外一层，包含各种类型的应用程序，例如Windows Forms、Asp.NET、WPF、WCF、WF等。
3. CTS——公共类型系统
我们可以在c#语言中使用class, 基元类型， 枚举类型， 结构类型。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Test test = new Test() { Name = "rod chen" };
System.Int32 a = 0;
string userName = "rod chen";
Console.WriteLine(test);
}
}
public class Test
{
public string Name;
}
method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 36 (0x24)
.maxstack 2
.locals init ([0] class _5.Test test,
[1] int32 a,
[2] string userName,
[3] class _5.Test '<>g__initLocal0')
IL_0000: nop
IL_0001: newobj instance void _5.Test::.ctor()
IL_0006: stloc.3
IL_0007: ldloc.3
IL_0008: ldstr "rod chen"
IL_000d: stfld string _5.Test::Name
IL_0012: ldloc.3
IL_0013: stloc.0
IL_0014: ldc.i4.0
IL_0015: stloc.1
IL_0016: ldstr "rod chen"
IL_001b: stloc.2
IL_001c: ldloc.0
IL_001d: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(object)
IL_0022: nop
IL_0023: ret
} // end of method Program::MainCTS定义很多规则：规范了类型中可以包含字段（filed）、属性（property）、方法（method）、事件（event）等。
除了定义各种类型外，CTS还规定了各种访问性，比如Private、Public、Family（C#中为Protected）、Assembly(C#中为internal)、Family and assembly(C#中没有提供实现)、Family or assembly(C#中为protected internal)。
CTS还定义了一些约束，例如，所有类型都隐式地继承自System.Object类型，所有类型都只能继承自一个基类。从CTS的名称和公共类型系统可以看出，不仅C#语言要满足这些约束，所有面向.NET的语言都需要满足这些约束。众所周知，传统C++是可以继承自多个基类的。为了让熟悉C++语言的开发者也能在.NET框架上开发应用程序，微软推出了面向.NET的C++/CLI语言（也叫托管C++），它就是符合CTS的C++改版语言，为了满足CTS规范，它被限制为了只能继承自一个基类。
关于上面内容有两点需要特别说明：
1）C#并没有提供Family and assembly的实现，C#中也没有全局方法(Global Method)。换言之，C#只实现了CTS 的一部分功能。，也就是说，CTS规范了语言能够实现的所有能力，但是符合CTS规范的具体语言实现不一定要实现CTS规范所定义的全部功能。
2）C++/CLI又被约束为只能继承自一个基类，换言之，C++中的部分功能被删除了。，就是说，任何语言要符合CTS，其中与CTS不兼容的部分功能都要被舍弃。
4. CLS——公共语言规范
其实上面的解释猛一看不是很理解，接下来就是有一个概念的东西。其实在.net平台上可以有很多的开发原因，c#，vb, c++,j#等等。如果需要多个开发语言集成开发，如果每个语言提供的借口都是按照自己的想法来的，然后在其他的语言中没有对应的关键字接收，这样就会出问题了。
那么CLS的规范有哪些呢？
.NET为我们提供了一个特性CLSCompliant，便于在编译时检查程序集是否符合CLS。看个例子
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
[assembly: CLSCompliant(true)]
namespace _5
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
test test = new test();
test.name = "rod chen";
test.Name();
}
}
public class test
{
public string name;
public string Name()
{
return "";
}
public uint GetValue()
{
return 0;
}
public void SetValue(sbyte a) { }
public string _MyProperty { get; set; }
public UInt32 _MyProperty1 { get; set; }
}
}
可以看到里面有7个不符合CLS的规范
public UInt32 _MyProperty1 { get; set; } 有两个警告，
警告 6 标识符“_5.test._MyProperty1”不符合 CLS E:\Git_Source_project\Study-for-asp.net\5\5\Program.cs 39 23 5
警告 7 “_5.test._MyProperty1”的类型不符合 CLS E:\Git_Source_project\Study-for-asp.net\5\5\Program.cs 39 23 5
命名类型不符合CLS规则，也是上面文字描述说的System.UInt32不符合CLS规则。
public UInt32 _MyProperty1 { get; set; } 有两个警告，
警告 6 标识符“_5.test._MyProperty1”不符合 CLS E:\Git_Source_project\Study-for-asp.net\5\5\Program.cs 39 23 5
警告 7 “_5.test._MyProperty1”的类型不符合 CLS E:\Git_Source_project\Study-for-asp.net\5\5\Program.cs 39 23 5
命名类型不符合CLS规则，也是上面文字描述说的System.UInt32不符合CLS规则。
编译器给出的只是警告信息，而非错误信息，因此可以无视编译器的警告，不过这个程序集只能由其他C#语言编写的程序集所使用。
CTS规则了语言所有的特性，CLS视为了语言在协作中更好的运行，毕竟没有规矩不成方圆，它们之间的关系就像相面的图（网上搜索的）
CTS规则了语言所有的特性，CLS视为了语言在协作中更好的运行，毕竟没有规矩不成方圆，它们之间的关系就像相面的图（网上搜索的）
5. CLR——公共语言运行时
首先要说明的是，.NET平台与C#不是一回事 它是C#,VB.NET等程序运行的平台。CLR是公共语言运行时，是 .NET Framework的重要组成部分。它提供了内存管理、线程管理和异常处理等服务，而且还负责对代码实施严格的类型安全检查，保证了代码的正确性。事实上，类型安全(Type Checker)、垃圾回收（Garbage Collector）、异常处理(Exception Manager)、向下兼容(COM Marshaler)等很多C#中的特性都是由CLR来提供的。程序集包含了CIL语言代码，而CIL语言代码是无法直接运行的，需要经过.NET运行时进行即时编译才能转换为计算机可以直接执行的机器指令。那么这个过程是如何进行的呢？
先看一下程序集的组成
PE/COFE头：Microsoft Windows Portable Executable/Common Object File Format 微软Windows可移植可执行/通用对象文件格式。Windows操作系统能够加载并运行.dll和.exe是因为它能够理解PE/COFF文件的格式。显然，所有在Windows操作系统上运行的程序都需要符合这个格式，当然也包括.NET程序集在内。在这一级，程序的控制权还属于操作系统，PE/COFF头包含了供操作系统查看和利用的信息。
CLR头：程序集中包含的CIL语言代码并不是计算机可以直接执行的，还需要进行即时编译，那么在对CIL语言代码进行编译前，需要先将编译的环境运行起来，因此PE/COFF头之后的就是CLR头了。CLR头最重要的作用之一就是告诉操作系统这个PE/COFF文件是一个.NET程序集，区别于其他类型的可执行程序。CLR头中包含要求的CLR版本，一些标志flag，托管代码模块入口方法（Main）的MethodDef元素据token以及模块的元数据，资源，强名称，一些标志以及其他不太重要的数据项的位置/大小。
清单：程序集包含一个清单（manifest），这个清单相当于一个目录，描述了程序集本身的信息，例如程序集标识（名称、版本、文化）、程序集包含的资源（Resources）、组成程序集的文件等。
元素据: 每个托管代码都包含元数据表。主要有两种表：一种描述源代码中定义的类型和成员，另一种描述代码引用的类型和成员。
CIL代码：编译器编译源代码时生成的代码，在运行时，CLR将CIL代码编译成CPU指令。
资源文件：例如.jpg图片。
运行程序集
虽然从Windows Server 2003开始，.NET框架已经预装在操作系统中，但是它还没有集成为操作系统的一部分。当操作系统尝试打开一个托管程序集（.exe）时，它首先会检查PE头，根据PE头来创建合适的进程。接下来会进一步检查是否存在CLR头，如果存在，就会立即载入MsCorEE.dll。这个库文件是.NET框架的核心组件之一，注意它也不是一个程序集。
MsCorEE.dll是一个很细的软件层。加载了MsCorEE.dll之后，会调用其中的_CorExeMain()函数，该函数会加载合适版本的CLR。在CLR运行之后，程序的执行权就交给了CLR。CLR会找到程序的入口点，通常是Main()方法，然后执行它。这里又包含了以下过程：
1. 加载类型。在执行Main()方法之前，首先要找到拥有Main()方法的类型并且加载这个类型。CLR中一个名为Class loader（类加载程序）的组件负责这项工作。它会从GAC、配置文件、程序集元数据中寻找这个类型，然后将它的类型信息加载到内存中的数据结构中。在Class loader找到并加载完这个类型之后，它的类型信息会被缓存起来，这样就无需再次进行相同的过程。在加载这个类以后，还会为它的每个方法插入一个存根（stub）。
2. 验证。在CLR中，还存在一个验证程序（verifier），该验证程序的工作是在运行时确保代码是类型安全的。它主要校验两个方面，一个是元数据是正确的，一个是CIL代码必须是类型安全的，类型的签名必须正确。
3. 即时编译。这一步就是将托管的CIL代码编译为可以执行的机器代码的过程，由CLR的即时编译器（JIT Complier）完成。即时编译只有在方法的第一次调用时发生。回想一下，类型加载程序会为每个方法插入一个存根。在调用方法时，CLR会检查方法的存根，如果存根为空，则执行JIT编译过程，并将该方法被编译后的本地机器代码地址写入到方法存根中。当第二次对同一方法进行调用时，会再次检查这个存根，如果发现其保存了本地机器代码的地址，则直接跳转到本地机器代码进行执行，无需再次进行JIT编译。
看一下CLR的结构组成
最后在网上看到了一幅图，总结这些术语：
我自己也简单的画了一个用于自己理解：
参考：
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