.NET程序运行原理及基本概念详解

一、引言

我们知道在Java中有虚拟机，代码运行时虚拟机把Java语言编译成与机器无关的字节码，然后再把字节码编译成机器指令执行，那么在.NET中程序是如何运行的呢?

其实运行原理是一样的，.NET中的虚拟机是CLR（公共语言运行时），无论是C#程序还是VB程序，首先会由CLR编译成与平台无关的中间语言IL，然后由公共语言运行时CLR的

即时编译器JIT编译成机器代码，再由CPU去执行它。所以说.NET程序也是需要二次编译才能运行，其中涉及的相关术语解释如下：

1. IL/MSIL (Microsoft Intermediate Language) ：微软中间语言 ，IL是MSIL的缩写，译为中间语言，.NET程序下的所有语言都会编译成中间语言，所以他们之间可以相互调用，与语言无关；
2. CTS (Common Type System)：通用的数据类型系统，比如C#调用VS语言程序，虽然他们各自的数据类型定义不一样，但是最终都会转化为通用类型，比如c#中的int,VB语言中的integer,在CLS中都会转化为System.int32,所以这两者之间的程序可以相互调用；
3. CLS(Common Language Specification)：公共语言规范；
4. CLR (Common Language Runtime)：公共语言运行时，也有的叫公共语言运行库；
5. JIT (Just in time)：即时编译器。

二、控制台程序项目结构解释

 为了更好的分析.NET程序的运行原理，首先我们在VS2019中新建一个控制台应用程序，名称为：MyFirstAPP,成功后，我们可以看到系统为我们创建了以下结构：

 这些文件结构的基本含义为：

（1）Properties文件夹：（属性文件夹）

AssemblyInfo.cs文件：这个主要保存程序发布后的版权信息，我们点击   属性=》 程序集信息 可以相关信息。

 （2）引用：这是我们可以添加其他应用程序集，比如系统类库、其他项目或者模块的类库，Webservice服务等

 （3）Program.cs 文件: 这个是项目自定义的代码类,打开以后，我们看到如下代码：

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 using System.Threading.Tasks;
 6
 7 namespace MyFirstApp
 8 {
 9     class Program
10     {
11         static void Main(string[] args)
12         {
13             Console.WriteLine("HelloWorld!");
14         }
15     }
16 }

我们大概分析一下系统默认生成的这些代码：

1. using表示引用命名空间：如果我们需要引用其他类库的中代码，需要添加引用，相当于Java中的import，如果不使用using引入命名空间，那么我们使用类的时候，就需要通过“命名空间.类名”方式使用；
2. namespace表示声明命名空间：命名空间是用来组织和重用知代码的，我们所有的类必须要归到指定的命名空间中。
3. class表示声明类：命名空间中包括类，类是.net程序基本运行单元。
4. static void Main(string[] args)：表示声明一个静态方法，方法名称为Main，args表示命令参数，这个方式不能修改，否则程序将不能启动，因为这是整个程序的入口点。

三、.NET项目编译

我们点击编译，然后打开项目文件夹，在  bin\Debug  下发现系统生成了三个文件，这三个文件的含义如下：

1. exe文件：编译后生成的可执行文件，里面是MSIL中间语言。项目发布或给用户可以直接运行的程序；
2. dll文件：编译后生成的动态链接库文件。里面也是MSIL中间语言；
3. pdb文件：包含了编译后程序指向源代码的位置信息，用于调试的时候定位源码，方便调试；

我们把MyFirstApp.dll文件通过ildasm中间语言工具打开，可以看到这个程序的整个结构如下：

 然后双击main函数，可以看到该函数的中间语言表示如下：

四、运行过程

        第一步：我们上面的程序在编译的时候，.NET会生成不依赖于操作系统和特定的CPU的中间语言，而中间语言

是可以在各个操作系统上都能编译的代码，这种代码Java里面叫做ByteCode（字节码），.NET

里面我们称之为MSIL指令（微软中间语言）这是程序编译的第一步。

        第二步：不管是Java的字节码还是.NET的MSIL指令是不能直接运行的，因为机器只能识别用0和1表示的机器语言

所以CLR里面的JIT需要将上面的MSIL在一次编译成CPU能够执行的机器指令，最终由电脑执行。整个过程如下图所示：

五、总结

         以上是本次分享的内容，有些地方可能不一定正确，欢迎大家批评指正