C#基础拾遗系列之一：先看懂IL代码
一、前言
首先，想说说为什么要写这样系列的文章，有时候在和同事朋友聊天的时候，经常会听到这样的话题：
（1）在这家公司没什么长进，代码太烂，学不到东西。（你有没有想想框架为什么这样写，代码还可以怎么去优化，比如公司使用Dapper，源码研究过没以及这样封装原因是啥）
（2）现在只会Ctrl + C Ctrl +V ，不排除有时为了效率，包括我自己有时候也懒的写直接复制粘贴 （是不是感觉距离语言的本质越来越远了）
（3）Ctrl + C Ctrl +V 时间长了，都有点怀疑自己是否有勇气面试其他公司 （是不是总给自己找借口，年龄大了，不敢疯狂了，当然大家不要误解，我没鼓励大家跳槽）
（4）干了几年没什么提高 （无论要精通那门技术，我们都应该从其本质出发）
最近也在反思自己，之前看到博客园大神：fish-li 的一篇文章《Fish Li 该如何帮助您呢？》其中说到：如何做一个有追求的技术人员，受益匪浅。以及张善友老师分享的关于雷果果的技术之路，大家都羡慕这些大神，何曾想过他们背后的付出，不要再抱怨环境不好，环境好也是给这些有准备和有追求的人，很感谢有这样的前辈，现在的社会确实很浮躁，但与我何干，好了毒鸡汤就灌到这里，大家如果有共鸣的话，不要表达出来了，默默想想。
二、IL指令
（1）什么是IL
IL（Intermediate Language），它也称为CIL或者MSIL，中文就是“中间语言”。IL由ECMA组织（ECMA-335标准）提供完整的定义和规范。我们可以直接把C#源码编译为.exe或dll文件，但是此时编译出来的程序代码并不是CPU能直接执行的二进制代码，而是IL代码。
（2）反编译工具
在这里使用ILDasm.exe，不适用其他的反编译工具，这个工具在安装完毕VS2010后就已经存在了，大家可以在开始菜单中输入“IL”关键字进行搜索，如果没有的话，到C：Program Files(x86)Microsoft SDKsWindowsv7.0ABinNETFX4.0Tools
（3）IL 指令表
三、使用工具查看IL代码
案例一：
namespace ConsoleApplication1
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string helloString = "Hello World";
Console.WriteLine(helloString);
}
}
}
从上图可以看到IL结构：包含MANIFEST文件和ConsoleApplication1，其中MANIFEST是一个清单文件，主要包括程序集的一些属性，例如程序集名称、版本号、哈希算法、程序集模块，以及对外部引用程序的引用项目。.Program类是我们要主要介绍的内容。
（1）MANIFEST清单文件介绍
// Metadata version: v4.0.30319
.assembly extern mscorlib
{
.publickeytoken = (B7 7A 5C 56 19 34 E0 89 ) // .zV.4..
.ver 4:0:0:0
}
.assembly ConsoleApplication1
{
.custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.CompilationRelaxationsAttribute::.ctor(int32) = ( 01 00 08 00 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Runtime.CompilerServices.RuntimeCompatibilityAttribute::.ctor() = ( 01 00 01 00 54 02 16 57 72 61 70 4E 6F 6E 45 78 // ....T..WrapNonEx
63 65 70 74 69 6F 6E 54 68 72 6F 77 73 01 ) // ceptionThrows.
// --- 下列自定义属性会自动添加，不要取消注释 -------
// .custom instance void [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute::.ctor(valuetype [mscorlib]System.Diagnostics.DebuggableAttribute/DebuggingModes) = ( 01 00 07 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTitleAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 13 43 6F 6E 73 6F 6C 65 41 70 70 6C 69 63 // ...ConsoleApplic
61 74 69 6F 6E 31 00 00 ) // ation1..
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyDescriptionAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyConfigurationAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCompanyAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyProductAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 13 43 6F 6E 73 6F 6C 65 41 70 70 6C 69 63 // ...ConsoleApplic
61 74 69 6F 6E 31 00 00 ) // ation1..
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyCopyrightAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 12 43 6F 70 79 72 69 67 68 74 20 C2 A9 20 // ...Copyright ..
20 32 30 31 38 00 00 ) // 2018..
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyTrademarkAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.ComVisibleAttribute::.ctor(bool) = ( 01 00 00 00 00 )
.custom instance void [mscorlib]System.Runtime.InteropServices.GuidAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 24 62 35 32 39 36 38 63 32 2D 64 66 63 33 // ..$b52968c2-dfc3
2D 34 65 38 31 2D 38 32 64 32 2D 64 39 66 35 62 // -4e81-82d2-d9f5b
62 33 32 38 33 64 37 00 00 ) // b3283d7..
.custom instance void [mscorlib]System.Reflection.AssemblyFileVersionAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 07 31 2E 30 2E 30 2E 30 00 00 ) // ...1.0.0.0..
.custom instance void [mscorlib]System.Runtime.Versioning.TargetFrameworkAttribute::.ctor(string) = ( 01 00 1C 2E 4E 45 54 46 72 61 6D 65 77 6F 72 6B // ....NETFramework
2C 56 65 72 73 69 6F 6E 3D 76 34 2E 35 2E 32 01 // ,Version=v4.5.2.
00 54 0E 14 46 72 61 6D 65 77 6F 72 6B 44 69 73 // .T..FrameworkDis
70 6C 61 79 4E 61 6D 65 14 2E 4E 45 54 20 46 72 // playName..NET Fr
61 6D 65 77 6F 72 6B 20 34 2E 35 2E 32 ) // amework 4.5.2
.hash algorithm 0x00008004
.ver 1:0:0:0
}
.module ConsoleApplication1.exe
// MVID: {A09A2101-9A49-483A-A224-5D2E14D231A6}
.imagebase 0x00400000
.file alignment 0x00000200
.stackreserve 0x00100000
.subsystem 0x0003 // WINDOWS_CUI
.corflags 0x00020003 // ILONLY 32BITREQUIRED
// Image base: 0x01110000
介绍：
指定当前程序集需要引用的外部程序集，如上面 ConsoleApplication1.exe就是引用了mscorlib.
.publickeytoken = (标记 ) 指定所引用程序集的实际公钥标记。公钥能唯一确定程序集。
.ver：指定引用程序集的版本
.assembly 程序集名称 指定程序集名称
.hash algorithm int32值 ： 指定使用的hash算法
.ver :指定程序集版本号
.module ConsoleApplication1.exe 指定组成程序集的模块名称，在此示例中，程序集中只包含一个文件
.subsystem 0x0003 // WINDOWS_CUI 指定程序要求的应用程序环境。在此示例中，0x0003表示该可执行文件从控制台运行
.corflags 0x00020003 // ILONLY 32BITREQUIRED 当前是元数据中的一个保留字段
.class表示的Program是一个类，extends 代表Program类继承于程序集mscorlib中的System.Object类，这就告诉我们，在C#中所有的类的父类都是Object。
private为访问权限，表明该类是私有的。
auto：表明程序加载的时候内存布局是有CLR决定的，而不是由程序本身控制的。
ansi:表明类的编码为ansi编码
beforefieldinit ：表明CLR可以在第一次访问静态字段之前的任何时刻执行类型构造函数。类型构造函数也就是构造函数，而使用beforefieldinit属性可以提高性能。
.ctor 表示构造函数
cil managed 表明方法体中的代码是IL代码，且是托管代码，即运行在CLR运行库中的代码
.maxstack 表明执行构造函数时，评估堆栈可容纳数据项的最大个数。评估堆栈是保存方法中所需变量的值的一个内存区域，该区域在方法执行结束时会被清空，或者存储一个返回值
IL_0000是代码行的开头。一般在IL_标记之前的部分为变量的声明和初始化操作。
ldarg.0表明加载第一个成员参数，其中ldarg是load argument 的缩写
call 指令一般用于调用静态方法，而这段代码中call指令并不是在调用静态函数，而是调用System.Object构造函数。另外一个指令则一般用来调用实例方法，它的调用过程是：首先检查被调用的函数是否为虚函数，
如果不是就直接调用，如果是则检查子类是否重写，如果有重写就调用子类中的实现，如果没有重写就继续调用原来函数。
ret 指令表示执行完毕，就是return的缩写
最后是Main函数，它是应用程序的入口函数：
hidebysig ：指令表示如果当前类作为父类，用该指令标记的方法将不会被子类继承
.entrypoint ：指令代表该函数是程序的入口函数，每个托管应用程序都有且只有一个入口函数，CLR加载的时候，首先从.entrypoint函数开始执行。
.locals init ([0] string helloString) 表示定义string 类型的变量，变量名成为：helloString
IL_0000: nop 表示不做任何操作 No Operation
ldstr "Hello World" : ldstr:推送对元数据中存储的字符串的新对象引用 表示：将字符串“Hello World” 压入评估栈，此时“Hello World” 处于评估栈的栈定，栈是一种数据结构，具有先进后出的特性。
stloc.0 :从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 0 处的局部变量列表中（也就helloString） 在此示例中：就是把字符串"Hello World" 赋值给变量helloString
ldloc.0 ：将索引 0 处的局部变量加载到计算堆栈上。也就是：把变量helloString 加载到计算堆栈上
（以ld为前缀的指令表示：入栈操作 st为前缀的指令则代表着出栈操作）
call :指令表示调用静态函数， 这里调用的是Console类中的WriteLine函数，把第0个局部变量输出到控制台中
案例二：
（1）IL基本类型
任何都有其内置的类型，IL语言也不例外，因为C#语言最终都会编译成IL代码，所以两者必然存在一种对应关系：
（2）IL变量的声明
.locals 指令代表变量的声明，声明语句放在IL_标记前面。例如在前面的程序中，
.locals init ([0] string helloString) 就声明了一个名为helloString的变量，其中类型为string
（3）基本运算符
算数运算符：加法指令add 、乘法指令sub、出发指令div、以及求余指令rem等
位运算符：包括一元指令not 、与指令and、或指令or，结果以1 和 0 分别表示真、假，运算结果压入评估栈栈顶
比较运算：包括大于指令cgt、小于指令clt 和等于指令 ceq
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace ILAdd
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int i = 2;
int j = 3;
int result = i + j;
Console.WriteLine(result);
}
}
}
IL代码分析如下：
.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 17 (0x11)
.maxstack 2
//声明三个变量
.locals init ([0] int32 i,
[1] int32 j,
[2] int32 result)
//不做任何操作
IL_0000: nop
//将整数值 2以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
IL_0001: ldc.i4.2
//把评估栈顶的值弹出，并赋值给第0个局部变量（即 i）,等价于i = 2
IL_0002: stloc.0
//将整数值 3以4字节 作为 int32 推送到计算堆栈上
IL_0003: ldc.i4.3
//把评估栈顶的值弹出，并赋值给第1个局部变量（即 j）,等价于j = 2
IL_0004: stloc.1
//把第0个变量压入评估栈，即把变量 i 压入评估栈
IL_0005: ldloc.0
//把第1个变量压入评估栈，即把变量 j 压入评估栈
IL_0006: ldloc.1
//执行add操作，之后将把变量i和j清空，并把操作结果保存在评估栈站顶
IL_0007: add
//把站顶的值弹出，并赋值给第二个局部变量（即result） ，此时result即为i+j 的值，因为栈顶为两个值的和
IL_0008: stloc.2
//将索引 2 处的局部变量加载到计算堆栈上。就是result
IL_0009: ldloc.2
//call调用静态函数
IL_000a: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
IL_000f: nop
//返回
IL_0010: ret
} // end of method Program::Main
static void Main(string[] args)
{
int i = 2;
if (i>0)
{
Console.WriteLine("i为正数");
}
else
{
Console.WriteLine("i为0或负数");
}
}
IL分析如下：
.method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
{
.entrypoint
// 代码大小 40 (0x28)
.maxstack 2
.locals init ([0] int32 i,
[1] bool V_1)
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.2
IL_0002: stloc.0
IL_0003: ldloc.0
IL_0004: ldc.i4.0
//执行大于指令，比较i与0,运算结果存在于评估栈栈顶，1表示真，即i>0为真
IL_0005: cgt
//就是把比较后的值赋值个变量V_1
IL_0007: stloc.1
// 把变量V_1压入评估栈
IL_0008: ldloc.1
//如果 value 为 false、空引用或零，则将控制转移到目标指令
IL_0009: brfalse.s IL_001a
IL_000b: nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
IL_000c: ldstr bytearray (69 00 3A 4E 63 6B 70 65 ) // i.:Nckpe
IL_0011: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0016: nop
IL_0017: nop
//无条件地将控制转移到目标指令（短格式）
IL_0018: br.s IL_0027
IL_001a: nop
//推送对元数据中存储的字符串的新对象引用。
IL_001b: ldstr bytearray (69 00 3A 4E 30 00 16 62 1F 8D 70 65 ) // i.:N0..b..pe
IL_0020: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
IL_0025: nop
IL_0026: nop
IL_0027: ret
} // end of method Program::Main
案例三：const的本质
namespace ConstIL
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine(Person.num);
}
}
public class Person
{
/// <summary>
/// 这个就是一个所谓的const常量
/// </summary>
public const int num = 10;
}
}
IL代码分析：
为什么可以直接类名.num？这种语法只有在该常量为static修饰是才可以，下面我们来看看IL：
.field public static literal int32 num = int32(0x0000000A)
看到没，const其实就是一个static的变量，一个静态的值，因为它是跟着类走的。而不是实例。所以 const的特征如下：
（1）固定不变的值。
（2）在编译的时候就已经确定了。
（3）在初始化的时候设置值
好了，先写到这里，回家前写这一篇，希望对你有帮助。