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  • MSIL解析一(转)

    转自:http://www.cnblogs.com/Yahong111/archive/2007/08/15/857140.html

    在网上发现了一个非常好的MSIL教程,可惜是英文版的,于是就翻译了一下,与大家共享,
    原文http://www.codeguru.com/Csharp/.NET/net_general/il/article.php/c4635,初次翻译文章,请大家指正。

    介绍

    微软中间语言 (MSIL) 是一种语言,是许多编译器(C#,VB.NET等)的输出. ILDasm (中间语言反汇编器)程序和.Net Framework SDK(FrameworkSDKBinildasm.exe)打包在一起,让用户以人可阅读的格式查看MSIL代码。通过该工具,我们可以打开任何.net可执行文件(exe或dll)并查看其MSIL代码。

    ILAsm 程序(中间语言编译器)从MSIL语言生成可执行文件。我们可以在WINNT Microsoft.NET Framework vn.nn.nn目录中找到这个程序。

    许多Visual C++程序员开始.net开发是因为他们对.NET框架的底层发生了一些什么感兴趣。学习MSIL给了用户理解某些对C#程序员或VB.NET程序员来说是透明的东西的机会。通晓MSIL给.NET程序员更多的能力。我们从不需要直接用MSIL编写程序,但是在某些情况下是非常有用的,我们可以用ILDasm打开程序的MSIL代码,查看它到底做了一些什么。

    一个Doc格式的MSIL参考对.NET开发人员来说比较有用,它也许可以在Framework SDK目录下找到:

    • FrameworkSDKTool Developers GuidedocsPartition II Metadata.doc (元数据定义和术语). 在这个文件中,我发现了所有MSIL指令的说明,例如.entrypoint.locals等. 
    • FrameworkSDKTool Developers GuidedocsPartition III CIL.doc (CIL命令集)包含了一个MSIL命令的完整列表。 

    在工作中,我也用到了一个MSDN的ILDAsm教程,一篇2001年5月由John Robbins发表在MSDN杂志的优秀的文章:"ILDASM is Your New Best Friend"。

    我想学习一门语言最好的途径就是用它写一些程序,所以我决定写一些小的MSIL程序。实际上,我们有写这些代码——是C#编译器生成的,我只是做一了一些小的更改,并加了许多注释以描述MSIL是如何工作的。

    通过阅读附在本文的例子可以帮助.NET程序员理解中间语言,帮助其在需要的时候更易读懂MSIL代码。


    一般信息

    在MSIL中,所有的操作都在栈上完成。当调用一个函数的时候,其参数和局部变量都被分配到栈上。函数的代码从该栈开始,把一些值压入栈,对这些值进行一些操作,从栈上取出值。

    执行MSIL名利和函数由3个步骤完成:

    1.      把命令操作数和函数参数压入栈。

    2.      执行命令或者调用函数。命令或函数从栈中取出他们的操作数(参数)并把他们压入结果栈 (返回值)。

    3.      从栈中读取结果值。

    步骤1~3是可选的,例如,void函数不会压入一个结果值到栈。

    栈包含值类型对象和引用类型对象的引用。引用类型对象本身保存在堆中。

    用来把一个值压入栈中的MSIL命令是ld... (装载),用来从栈中取出值的命令是st... (存储),因为值都存在变量中。我们可以把入栈操作叫做装载,出栈操作叫做存储。


    示例项目

    本文附上的代码中包含了许多用MSIL写的控制台程序. 如果需要编译他们,请确定ILAsm程序可以通过PATH访问。每个项目都是一个Visual Studio解决方案,IL源文件可以用VS的文本编辑器打开,Build命令运行ILAsm 程序在项目所在目录生成exe文件,run命令执行该文件。在每个程序的末尾,我加了几行代码,他们可以用C#来写:

     Console.WriteLine("Press Enter to continue");
     Console.Read();

    这样,当从Windows Explorer运行的时候,就可以看到程序的输出。

    下面是所含项目的列表:

    1.      打印字符串—打印字符传到控制台。

    2.      赋值—给一个int变量赋值并把它打印到控制台。

    3.      运算—从控制台读取2个数字,惊醒+,-和乘的操作,并显示结果。

    4.      数组— 分配一个int类型的数组,给他的元素赋值,打印其元素和数组的长度。

    5.      比较— 输入2个数字并打印出最小的那个。

    6.      数组2— 用循环填充数组元素并打印某些元素。

    7.      不安全代码— 使用unsafe指针访问数组元素。

    8.      PInvoke— 调用Win32 API。

    9.      — 和类一起工作。

    10.   异常— 异常处理。

    我假设你以在这所说的顺序阅读这些项目。在下面的项目描述中,我用程序来解释每一条MSIL命令,并给出一些代码片段。


    打印字符串

    PrintString 就是MSIL版的 Hello, World 

    在代码中用到的MSIL指令如下:

    l          .entrypoint— 定义程序的入口点(该函数在程序启动的时候由.NET 运行库调用)

    l          .maxstack— 定义函数代码所用堆栈的最大深度。C#编译器可以对每个函数设置准确的值, 在例子中,我把他设为8。

    用到的MSIL命令如下:

    • ldstr string—把一个字符串常量装入堆栈。
    • call function(parameters)—调用静态函数。函数的参数必须在函数调用前装入堆栈。
    • pop— 取出栈顶的值。当我们不需要把值存入变量时使用。
    • ret— 从一个函数中返回。

    调用静态函数很简单。我们把函数的参数压入堆栈,调用函数,然后从堆栈中读取函数的返回值(如果是非void函数)。Console.WriteLine 就是一个这样的函数。

    下面是代码:

    .assembly PrintString {}
    /*
        Console.WriteLine("Hello, World)"
    */
    .method static public void main() il managed
    {
        .entrypoint             // 该函数是程序的入口
        .maxstack 8
        // *****************************************************
        // Console.WriteLine("Hello, World)";
        // *****************************************************
        ldstr "Hello, World"        // 把字符串压入堆栈
        // 调用静态的System.Console.Writeline函数
        // (函数移除栈顶的字符串)
        call   void [mscorlib]System.Console::WriteLine
                                     (class System.String)
        // *****************************************************
        ldstr "Press Enter to continue"
        call   void [mscorlib]System.Console::WriteLine
                                     (class System.String)
        // 调用 System.Console.Read 函数
        call int32 [mscorlib]System.Console::Read()
        // pop 指令移除栈顶元素
        // (移除由Read()函数返回的数字
        pop
        // *****************************************************
        ret
    }

    赋值

    该程序给一个变量赋与int值并把它打印到控制台窗口。

    命令:

    • ldc.i4.n—把一个 32位的常量(n从0到8)装入堆栈
    • stloc.n— 把一个从堆栈中返回的值存入第n(n从0到8)个局部变量

    代码:

    .assembly XequalN {}
    // int x;
    // x = 7;
    // Console.WriteLine(x);
    .method static public void main() il managed
    {
        .entrypoint
        .maxstack 8
        .locals init ([0] int32 x)  // 分配一个局部变量
        // *****************************************************
        // x = 7;
        // *****************************************************
        ldc.i4.7                    // 把常量装入堆栈
        stloc.0                     // 把堆栈中的值存入第0个变量
        // *****************************************************
        // Console.WriteLine(x);
        // *****************************************************
        ldloc.0                     // 把第0个变量转入堆栈
        call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
        ret
    }

    数据运算

    本程序从控制台读取2个数字,对它们进行简单的运算,然后显示结果。

    命令:

    • add—2个值相加。命令的参数必须在调用前装入堆栈,该函数从堆栈中移除参数并把运算后的结果压入堆栈。
    • sub— 2个值相减。
    • mul— 2个值相乘。

    代码片段:

    .assembly Operations {}
    /*
    // 程序的C#代码:
                int x, y, z;
                string s;
     
                Console.WriteLine("Enter x:");
                s = Console.ReadLine();
                x = Int32.Parse(s);
     
                Console.WriteLine("Enter y:");
                s = Console.ReadLine();
                y = Int32.Parse(s);
     
                z = x + y;
                Console.Write("x + y = ");
                Console.Write(z);
                Console.WriteLine("");
     
                z = x - y;
                Console.Write("x - y = ");
                Console.Write(z);
                Console.WriteLine("");
     
                z = x * y;
                Console.Write("x * y = ");
                Console.Write(z);
                Console.WriteLine("");
    */
     
    .method static public void main() il managed
    {
        .entrypoint
        .maxstack 8
     
        .locals init ([0] int32 x,
               [1] int32 y,
               [2] int32 z,
               [3] string s)
     
        // *****************************************************
        // Console.WriteLine("Enter x:");
        // *****************************************************
        ldstr      "Enter x:"       // 把字符装入堆栈
    call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
     
        // *****************************************************
        // s = Console.ReadLine();
        // *****************************************************
        call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
        stloc.3                     // 把值存入第3个变量
     
        // *****************************************************
        // x = Int32.Parse(s);
        // *****************************************************
        ldloc.3                     // 把第3个变量装入堆栈
     
        // 调用 System.Int32::Parse(string)函数
        // 把字符串从堆栈中移除并把解析的结果——int值压入堆栈
        call       int32 [mscorlib]System.Int32::Parse(string)
     
        stloc.0                     // 把值存入第0个变量
     
        // *****************************************************
        // 和变量y的一些运算
        // *****************************************************
        ldstr      "Enter y:"
                   // 装入字符串
        call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
                   // 调用
        call       string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
                   // 调用
        stloc.3
                   //把值存入第3个变量
        ldloc.3
                   //把第3个变量装入堆栈
        call       int32 [mscorlib]System.Int32::Parse(string)
                   // 调用
        stloc.1
                   //把值存入第1个变量
     
        // *****************************************************
        // z = x + y;
        // *****************************************************
        ldloc.0             //把第0个变量装入堆栈
        ldloc.1             //把第1个变量装入堆栈
     
        // 把这2个值从堆栈中移除,把结果压入堆栈
    add
     
        stloc.2             //把值存入第2个变量
     
        // *****************************************************
        // Console.Write("x + y = ");
        // *****************************************************
        ldstr      "x + y = "          // load string onto stack
        call       void [mscorlib]System.Console::Write(string)
     
        // *****************************************************
        // Console.Write(z);
        // *****************************************************
        ldloc.2                    //把第2个变量装入堆栈
        call       void [mscorlib]System.Console::Write(int32)
     
        // *****************************************************
        // Console.WriteLine("");
        // *****************************************************
        ldstr      ""                  //装入字符串
        call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
     
        //相减和相乘运算过程与上面相同
     
        ret
    }
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