深度理解C# 的執行原理

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本文由鵝廠優文發表於雲+社區專欄

• [從編譯原理提及](javascript:;)
• [虛擬機是什麼](javascript:;)
• [C# 是什麼，IL 又是什麼](javascript:;)
• [.Net Framework vs Mono](javascript:;)
• [Unity3D 中的 C#](javascript:;)
• [小結](javascript:;)

做者：易立 | 騰訊IEG高級工程師

爲何 Unity3D 能夠運行 C#，C# 和 Mono 是什麼關係，Mono 和 .Net Framework 又是什麼關係？咱們深刻的來聊一聊這個話題！

從編譯原理提及

一句話介紹編譯器：編譯器是將用某種程式語言寫成的源代碼（源語言），轉換成另外一種程式語言（目標語言）等價形式的程序。一般咱們是將某種高級語言（如C、C++、C# 、Java）轉換成低級語言（彙編語言、機器語言）。

編譯器以流水線的形式進行工做，分爲幾個階段：源代碼 → 詞法分析 → 語法分析 → 語義分析 → 目標代碼 → 連接 → 可執行文件。現代編譯器還會更復雜，中間會增長更多的處理過程，好比預處理器，中間代碼生成，代碼優化等。

虛擬機是什麼

虛擬機（VM），簡單理解，就是能夠執行特定指令的一種程序。爲了執行指令，還須要一些配套的設施，如寄存器、棧等。虛擬機能夠很複雜，複雜到模擬真正的計算機硬件，也能夠很簡單，簡單到只能作加減乘除。

在編譯器領域，虛擬機一般執行一種叫中間代碼的語言，中間代碼由高級語言轉換而成，以 Java 爲例，Java 編譯後產生的並非一個可執行的文件，而是一個 ByteCode （字節碼）文件，裏面包含了從 Java 源代碼轉換成等價的字節碼形式的代碼。Java 虛擬機（JVM）負責執行這個文件。

虛擬機執行中間代碼的方式分爲 2 種：解釋執行和 JIT（即時編譯）。解釋執行即逐條執行每條指令，JIT 則是先將中間代碼在開始運行的時候編譯成機器碼，而後執行機器碼。因爲執行的是中間代碼，因此，在不一樣的平臺實現不一樣的虛擬機，均可以執行一樣的中間代碼，也就實現了跨平臺。

int run(context* ctx, code* c) {
	for (cmd in c->cmds) {
		switch (cmd.type) {
			case ADD:
			// todo add
			break;
			case SUB:
			// todo subtract
			break;
			// ...
		}
	}
	return 0;
}
複製代碼

總結一下，虛擬機自己並不跨平臺，而是語言是跨平臺的，對於開發人員來講，只須要關心開發語言便可，不須要關心虛擬機是怎麼實現的，這也是 Java 能夠跨平臺的緣由，C# 也是一樣的。推而廣之，理論上任何語言均可以跨平臺，只要在相應平臺實現了編譯器或者虛擬機等配套設施。

C# 是什麼，IL 又是什麼

C# 是微軟推出的一種基於 .NET 框架的、面向對象的高級編程語言。微軟在 2000 年發佈了這種語言，但願藉助這種語言來取代Java，更多詳細的介紹能夠參看 C# Wiki。

C# 是一個語言，微軟給它定製了一份語言規範，提供了從開發、編譯、部署、執行的完整的一條龍的服務，每隔一段時間會發布一份最新的規範，添加一些新的語言特性。從語法層面來講，C# 是一個很完善，寫起來很是舒服的語言。

C# 和 Java 相似，C# 會編譯成一箇中間語言（CIL，Common Intermediate Language，也叫 MSIL），CIL 也是一個高級語言，而運行 CIL 的虛擬機叫 CLR（Common Language Runtime）。一般咱們把 C#、CIL、CLR，再加上微軟提供的一套基礎類庫稱爲 .Net Framework。

C# 天生就是爲征服宇宙設計的，不過很是遺憾，因爲微軟的封閉，這個目標並無實現。固然 C# 如今還過得很好，由於遊戲而煥發了新的活力，由於 Unity3D，由於 Mono。

.Net Framework vs Mono

Mono 是跨平臺的 .Net Framework 的實現。Mono 作了一件很了不得的事情，將 CLR 在全部支持的平臺上從新實現了一遍，將 .Net Framework 提供的基礎類庫也從新實現了一遍。

以上，Compile Time 的工做實際上能夠直接用微軟已有的成果，只要將 Runtime 的 CLR 在其餘平臺實現，這個工做量不只大，並且須要保證兼容，很是浩大的一個工程，Mono 作到了，致敬！

Unity3D 中的 C#

Unity3D 內嵌了一個 Mono 虛擬機，從上文能夠知道，當實現了某個平臺的虛擬機，那語言就能夠在該平臺運行，因此，嚴格的講，Unity3D 是經過 Mono 虛擬機，運行 C# 經過編譯器編譯後生成的 IL 代碼。

Unity3D 默認使用 C# 做爲開發語言，除此以外，還支持 JS 和 BOO，由於 Unity3D 開發了相應的編譯器，將 JS 和 BOO 編譯成了 IL。

小結

C# 在 Windows 下，是經過微軟的 C# 編譯器，生成了 IL 代碼，運行在 CLR 中。

C# 在除 Windows 外的平臺下，是經過 Mono 的編譯器，生成了 IL 代碼，運行在 Mono 虛擬機中，也能夠直接運行將已經編譯好的 IL 代碼（經過任意平臺編譯）。

理論上，你創造了一門語言，而且實現了某一平臺下的編譯器，而後實現了全部平臺下符合語言規範的虛擬機，你的語言就能夠運行在任意平臺啦。

問答

C＃刪除屬性XML？

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