IL语言学习(一)
来源:互联网 发布:斗牛算法 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 13:45
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 FrameworkSDK(FrameworkSDK/Bin/ildasm.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VisualC++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FrameworkSDK目录下找到:
- FrameworkSDK/Tool Developers Guide/docs/Partition 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.
- FrameworkSDK/Tool Developers Guide/docs/Partition 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 BestFriend"。
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 tocontinue");
Console.Read();
这样,当从WindowsExplorer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,进行+,-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. 类 — 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:
- .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)
- .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
(classSystem.String)
//*****************************************************
ldstr "Press Enter to continue"
call void[mscorlib]System.Console::WriteLine
(classSystem.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 "Entery:"
// 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 stringonto 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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