CLR簡介（一）

什麼是通用語言運行時（CLR），簡單來說：

CLR是一個支持多種編程語言及多語言互操做，完整的高級虛擬機。

有點拗口，並且不是頗有啓發性，但上面的文字是將又大又複雜的CLR的功能歸類以便容易理解的第一步。它從一萬英尺的高度來幫助咱們理解CLR的設計目標。從這個高度明瞭CLR以後，咱們能夠深刻其各個組件了。

CLR: 一個（極少見的）完整編程平臺

每一個程序在運行的時候都有驚人數量的運行時依賴。雖然程序很明顯都是由一種特定的編程語言寫就，但這只是程序員編寫程序多種依據中的一種。每一個有用的程序都須要某些 運行時函數庫 以便其能跟電腦的其它資源（如用戶輸入設備，磁盤文件，網絡通訊等）交互。程序也須要轉換成計算機硬件能夠直接執行的某種格式。這些依賴的數量是如此之多，範圍之廣，使得編程語言的設計者一般都引用其它標準來規範它們。例如C++編程語言不會規定C++程序的格式，每一個C++編譯器都會與特定的硬件架構（如x86架構）關聯，與特定的操做系統環境（如Windows，Linux或者Mac OS）關聯，這些架構和環境會規定可執行文件的文件格式以及加載的方式。所以，程序員不是在編寫一個「C++可執行程序」，而是「Windows X86可執行程序」或「Power PC Mac OS可執行程序」。

複用現有的硬件或操做系統標準一般都是好事情，但其使得在現有標準之上抽象出新的規範變得很難。例如，今天的操做系統沒有支持垃圾回收的堆。所以也就沒法使用現有的標準來支持垃圾回收的接口（如，將字符串傳來傳去，不須要關注刪除它們）。一樣，一個典型的可執行文件格式只提供足夠運行程序的信息，但不足夠編譯器將其餘可執行文件綁定在一塊兒運行。好比說，C++程序通常都使用包含常用功能（如printf）的標準庫（在Windows裏是msvcrt.dll），但只有這個庫是不夠的。沒有對應的頭文件（如，stdio.h），程序員是沒法使用這些函數庫的。所以，已有的可執行文件格式標準不能同時描述可執行的文件格式，並添加其它一些信息。

CLR經過定義一個 [很是完整的規範]ecma-spec來描述一個程序從編譯、到部署時綁定依賴、到運行整個生命週期的全部信息。所以，除去其餘細節，CLR定義了

• 一套支持GC，幷包含本身的執行程序基本操做的指令集（通用中間語言 - CLI）的虛擬機，這也就意味着CLR不須要依賴指定類型的CPU；
• 一套描述程序裏聲明的元素（如類型、值、變量等等）的元數據，以便編譯器在生成其它可執行文件時有足夠的信息來從「外部」調用程序裏的功能；
• 一個精確描述字節應該如何在文件里布局的文件格式，這樣咱們在討論CLR EXE的時候，不與某個特定的操做系統或電腦硬件綁定；
• 進程的生命週期語義，即一個CLR EXE引用其它CLR EXE的機制，和CLR在運行時找到進程依賴文件的規則；
• 利用CLR內置功能（如垃圾回收、異常和泛型等）的類庫，其除了提供如整形、字符串、數組、列表和字典等基本功能意外，還提供瞭如文件、網絡和UI交互等操做系統服務。

多編程語言支持

定義、規範和實現這些細節是一個艱鉅的任務，這也就是相似CLR的完整抽象很是少的緣由。實際上，大部分抽象都是爲單個編程語言設計的。例如，Java運行時，Perl解釋器或者早期的Visual Basic運行時提供了相似的完整抽象。但CLR跟這些先行者不一樣之處在於其支持多種編程語言。可能除了Visual Basic（由於它採用了COM對象模型），僅使用單個編程語言的體驗是很是好的，可是要與其它編程語言互操做時體驗就有點差了。編程語言之間互操做之因此困難，是由於這些編程語言僅能經過操做系統提供的原語來與「外族」編程語言通訊。而操做系統的抽象層次過低階（如操做系統不提供內存垃圾回收），就不得不採用一些複雜的技術。經過提供 通用語言運行時，CLR容許編程語言之間採用高階結構（如可GC的數據結構）通訊，大量減輕了互操做的麻煩。

因爲運行時在 許多 語言之間共享，這就意味着更多的資源可被支持。爲一個編程語言實現好的調試器和性能分析工具須要大量的工做，所以只有一些很重要的編程語言纔有完整的工具鏈支持。然而，CLR上實現的編程語言能夠共享這些基礎架構，實現新的編程語言的工做量也大大縮減了。也許更重要的是，全部在CLR上實現的編程語言均可以訪問 全部 在CLR上實現的類庫。龐大且不斷增加的（嚴格調試和支持）功能是CLR如此成功的一個重要緣由。

簡單來說，CLR是一個將字節存到文件以建立和運行程序的完整規範。虛擬機可使用不一樣編程語言寫就的類庫來運行這些程序。這個虛擬機，還有運行其上的不斷增加的類庫，就是咱們說的通用語言運行時（CLR）。

來自文集：.NET框架源碼解析