CLR via C#学习笔记(2)--IL和JIT编译

前面提到过，托管程序集同时包含元数据和IL，IL是一种和CPU无关的机器语言，IL要比大多数CPU机器语言高级很多，它可以访问和操作对象类型，提供相应的指令用于初始化对象，在对象上调用虚方法，并可以直接操作数组元素，他甚至提供了用于抛出和捕捉异常的指令。可以把IL想像成是一种面向对象的机器语言。

大部分.Net程序员使用C#,C++/CLI或者是VB编程，这些高级语言会被编译器翻译成对应的IL，当然IL也可以用汇编语言来写，微软为此提供了ILAsm和ILDasm工具用于汇编和反汇编IL。

但需要注意的是，高级语言通常只揭示CLR的一个功能子集，然而IL确允许开发人员访问CLR的所有功能。所以，如果选择的语言隐藏了需要的那部分CLR功能，就可以选择IL或者提供这部分功能的语言来编写这部分代码。

接下来说说JIT编译：

首先考虑下面这个简单的C#方法：

static void Main()
{
Console.WriteLine("Hello");
Console.WriteLine("Byebye");
}

这个方法中，Main方法调用了单件类Console，使得CLR分配了一个单独的内部结构，在这个结构中，Console的每一个方法都有一条记录，每条记录均容纳了一个地址，根据这个地址既可以找到方法的实现。当对这个结构进行初始化时，CLR将每条记录都设置成CLR内部包含的一个未文档化的方法，暂时就把这个方法叫做JITCompiler吧。

Main方法首次调用WriteLine的时候会调用JITCompiler方法，JITCompiler方法负责将一个方法的IL代码编译成本地CPU指令，由于IL是即时(In Time)编译的，所以通常将CLR这个组件称为JITer。

JITCompiler被调用的时候，它需要知道要调用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搜索被调用方法的IL。JITCompiler接下来要验证IL代码，并将IL代码编译成本地的CPU指令，本地CPU指令保存在一个动态分配的内存块中，然后JITCompiler回到CLR为类型创建的内部数据结构，找到与被调用的方法相对应的那一条记录，然后将最初调用它的那个引用替换成内存块（包含刚才编译好的CPU指令）的地址，最后，JITCompiler会跳转到内存块中的代码，这些代码正是WriteLine方法的具体实现，代码返回时，会返回到Main中的代码并继续执行。

然后Main第二次调用WriteLine，由于之前已对WriteLine的代码进行了验证和编译，所以会直接执行内存块中的代码，完全跳过JITCompiler方法。

所以说，同一个方法只有在首次调用的时候才会造成一定的性能损失，之后对该方法的调用都会以本地代码的形式全速运行，因为不需要再次执行验证和编译本地代码。

需要注意的是，CLR的JIT编译器会对本地代码进行优化，生成这些代码需要更长的时间，但会获得更出色的性能。例如C#的编译器中有两个开关：/optimize和/debug，在VS的Debug配置中，Debug配置是/optimize-和/debug-full，而Release的配置是/optimize+和/debug:pdonly。

N多微软神作的作者Jeffrey Richter认为IL最大的优势并不在于它是脱离了底层CPU的一种抽象，而是它所提供的可靠性和安全性。