.NET學習筆記 -- 那堆名詞究竟是啥（CLR、CLI、CTS、CLS、IL、JIT）

什麼是CLR？

CLR，公共語言運行時（Common Language Runtime）是一個由多種語言使用的「運行時」。他的核心功能包括（內存管理、程序集加載、安全性、異常處理和線程同步），能夠被面向CLR的全部語言使用。這裏的「運行時」，就是一個運行時環境，就像JAVA虛擬機同樣。哦，錯了，確切的說是JRE（Java  Runtime Enviromental）。JVM確切的說不是一個實體的java虛擬機，而是一個規範，就像CLI同樣。會有不一樣的實現，如：JRockit仍是Hotspot（前者是Oracle的JVM商業實現，後者是Sun的開源實現——固然如今也是Oracle的）

什麼是CLI？

公共語言基礎結構（Common Language Infrastructure），定義了構成.NET Framework基礎結構的可執行代碼，以及代碼運行時的環境規範。它定義了一個與語言無關的跨體系結構的運行環境，這使得開發者能夠用規範內定義的各類高級語言來開發軟件，而且無須修正便可將軟件運行在不一樣的計算機體系結構上。CLI是一個開放型的技術規範，由微軟、惠普和英特爾於2000年向ECMA倡議的。說白了，CLI就是一套規範，CLR是對CLI的一種實現。那麼CLI這份規範中具體定義了哪些內容呢？不妨去ECMA的網站下一份看看，也能夠在這裏下載：

如上面截圖所示：包含了6部分，：

Partition I: Concepts and Architecture –描述.NET CLI的所有體系結構，提供公共類型系統（CTS，Common Type System）、虛擬執行系統（VES，Virtual Execution System）和公共語言規範（CLS，Common Language Specification）的標準化描述，還提供對元數據（Metadata）的信息性描述。

通用類型系統（CTS）：規範.NET中數據的類型。

元數據系統（Metadata）：是.NET中描述數據的數據。

通用語言規範（CLS）：描述多語言之間進行交互的語言規範，.NET系統包括的語言有C#、C++、VB、J#，它們都遵照通用語言規範。

虛擬執行系統（VES）：是一個可運行受管理代碼（Managed Code）的運行環境，它提供了運行受管理代碼所須要的內置數據類型（data type），以及假定的機器型態與狀態設置、流程控制與例外處理等參數。

Partition II: Metadata Definition and Semantics - 提供元數據的標準化描述，包括元數據在.NET擴展PE文件格式中的位置（以.NET擴展PE文件格式的形式表示），元數據的邏輯內容（以表格及其關聯的集合的形式表示，實際上使用了形式化方法表示）和元數據的語義（以彙編成爲虛擬機代碼的彙編器ilasm理解的形式表示）。

Partition III: CIL Instruction Set –描述CIL的指令集（注意，是CIL,不是CLI哦）

Partition IV: Profiles and Libraries- 提供CLI庫的簡要介紹，以及將其分解爲Profile和庫的規範。這裏有一個配套的文件CLILibraryTypes.xml，考慮過隨這一部分一塊兒發佈，不過該文件是XML格式的，該文件提供了CLI庫中每個類、值類型和接口的細節說明。「Profile」一詞在這裏的含義是庫的集合，一塊兒組合起來構成提供必定功能級別的一致性總體，換而言之，不一樣的Profile對應不一樣的庫集合，提供的功能級別也不一樣。

Partition V: Debug Interchange Format- 描述了CLI 產品的調試交互的標誌方式；

Partition VI: Annexes- 提供了一些用ILAsm（CIL Assembly Language）寫的例程等

什麼是CTS？

CLR是徹底圍繞類型展開的，經過類型，經過一種編程語言寫的代碼能夠與另外一種語言寫的代碼溝通。因此Microsoft制定了一個正式的規範，「通用類型系統」（Common Type System，CTS），它描述了類型的定義和行爲。上面已經提到，Microsoft已經將CTS和,NET Framework的其餘組件 -- 包括（文件格式、元數字、中間語言及對底層平臺的）提交給ECMA完成標準化工做，最終造成的標準稱爲「公共語言基礎結構」（Common Language Infrastructure）。

CTS裏定義瞭如下內容：

什麼是CLS？

CLR中集成了多種語言，一種語言中能夠調用另外一種語言建立的對象。爲了實現這一目的，微軟定義了一個公共語言規範（Common Language Specification）。它詳細定義了一個最小的功能集。任何編譯器若是想生成類型兼容於其餘「符合CLS，面向CLR語言」生成的組件，那麼必需要支持這個最小功能集。下面用一張圖來講明彼此間的關係：

什麼是IL？

（截自《CLR.via.C#》）

先從上圖看一下.net的編譯過程，源代碼文件通過編譯器編譯後生成託管模塊（managed module）。託管模塊說白了就是一個32位（PE32）或64位(PE32+)的PE文件。

具體的結構以下：

PE32或PE32+文件頭

CLR頭

元數據

IL代碼

這裏咱們着重談談IL，IL是與CPU無關的機器語言，比大多數的CPU機器語言都要高級。能訪問操做對象類型、建立及初始化對象、調用對象上的虛方法，直接操做數組元素，甚至能拋出和捕捉異常處理，能夠說是一種面向對象的機器語言。

什麼是JIT？它是如何工做的？

CLR執行託管模塊，必需要將IL代碼編譯成本地CPU指令。這個事情由JIT（just in time）來執行。下面將以一個簡單的例子來詳細闡述JIT是如何工做的：

static void Main()
{
    Console.WriteLine("Hello");
    Console.WriteLine("Goodbye");
}

一、CLR在執行Main函數檢查引用的全部類型，這裏Main用到了Console類，CRL會爲此分配一個內部結構。在這個結構中，Console類的全部方法都有對應的入口。

二、Mian首次調用WriteLine函數時，JITCCompiler函數會被調用。JITCCompiler知道是Console類定義了WriteLine函數，並在定義了Console類的程序集中查找WriteLine的IL代碼。

三、動態分配一塊內存；

四、對找到的IL代碼進行驗證，而後編譯成本地CPU指令，將該指令放到前面動態分配的內存中；

五、修改內部結構中WriteLine函數的入口，使其指向動態分配的內存的地址；

六、JITCCompiler函數跳轉到存有本地CPU指令；

七、執行完後，調回Main函數，繼續執行後面的代碼；

這裏須要說明的是，第二次執行WriteLine函數的時候，並無JIT啥事情了，由於會直接調用內存塊中的本地CPU指令。

 

參考：《分清「語言/規範」以及「平臺/實現」，以及跨平臺.NET開發》

             《CLR.via.C#》