学习MSIL(微软中间语言)的一系列教程- MSIL入门示例教程

2026/1/27 11:48:41

Microsoft Intermediate Language(msil)

}

private static void Test(ref int x) {

x = 1234; }

}

在 IL 中并没有与 ref 对应的关键字,我们传递过去的其实是一个 \托管指针\。注意下面代码中,Test 方法的参数是 \,它表示传递一个 int32 类型的托管指针。 .assembly extern mscorlib { auto } .assembly MyApp {} .module MyApp.exe .namespace MyApp {

.class public Program extends [mscorlib]System.Object {

.method static private void Main(string[] args)

{

.entrypoint

.locals init (int32 x)

// x = 1;

ldc.i4 1

stloc.0

// 获取 x 的地址,然后调用 Test。

ldloca.s x

call void MyApp.Program::Test(int32&)

// 显示被修改的 x

ldloc.0

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32) ret

}

.method private static void Test(int32& x) {

ldarg.0

ldc.i4 1234

stind.i4 ret }

}

}

和 C# ref 不同的是,IL 并不强迫我们对 x 进行初始化。

第 21 頁,共 29 頁

Microsoft Intermediate Language(msil)

2. out C#

public class Program { private static void Main(string[] args) { int x;

Test(out x);

Console.WriteLine(x); }

private static void Test(out int x) {

x = 1234; } }

IL 中倒是有一个对应的 out 关键词。 .assembly extern mscorlib { auto } .assembly MyApp {} .module MyApp.exe .namespace MyApp { .class public Program extends [mscorlib]System.Object

{

.method static private void Main(string[] args)

{

.entrypoint

.locals init (int32 x)

ldloca.s x

call void MyApp.Program::Test([out] int32&)

ldloc.0

call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)

ret

}

.method private static void Test([out] int32& x) {

ldarg.0

ldc.i4 1234

stind.i4 ret }

第 22 頁,共 29 頁

Microsoft Intermediate Language(msil)

} }

在 IL 中,很多语法规则变的很宽松。上面的代码中,我们即便不对 Test() 中的 x 赋值,也一样没有问题,而在 C# 中显然是不行的。 3. opt

这是 C# 所没有的,就是拥有默认值的参数。不过这东西似乎没啥用,CLR 根本不搭理它(Microsoft 似乎预留了很多东西,不知道有啥打算……)。相信其他语言是通过其他途径来实现这一功能的。 十三、Method-Stack

关于 CLR 内存管理模式,各种书籍和网络文章各执一词,十分混乱。大多数时候也只是泛泛提到 \托管堆\和 \堆栈\而已,其实际过程非常复杂。鉴于没有一个统一的说法,我也不能保证本文的准确性。

当 CLR 创建执行线程时,会依据 mainfest 中的 \指令为当前线程分配 1MB 的调用堆栈(Call Stack)内存。调用堆栈不同于托管堆(Managed Heap),它不负责保存托管引用对象,只是用来维护方法调用次序,执行 IL 指令。而当我们使用 call、callvirt 等指令调用一个方法时,CLR 会在调用堆栈中分配一个称之为堆栈帧(Stack Frame) 的内存块用于执行目标方法代码。下图就是一个堆栈帧的内存示意图。

如图所示,每个堆栈帧中包含三块内存:参数表 (Argument Table) 用于存储方法参数,内部变量表 (Local Variable Table) 存储方法局部变量(.locals init),而 计算堆栈 (Evaluation Stack) 则是 IL 代码执行区域。执行 IL 指令前,相关指令数据(Data)或其地址(Address)被压入计算堆栈,然后执行指令并弹出计算结果,执行下一个指令时继续重复这样的动作,直到方 法调用结束。这三部分内存共同构成了一个方法的内存执行环境,需要注意的是其大小单位并不是 byte,而是 slot。每个 slot 可以存储一个托管单元(对象),我们可以在方法体中使用 .maxstack 指令控制当前方法计算堆栈的大小。

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Microsoft Intermediate Language(msil)

.method private hidebysig static void Test1(int32& x) cil managed {

.maxstack 8

}

回 到方法调用流程,当我们使用 call 等指令调用一个方法时,CLR 为目标方法在调用堆栈上新分配一个堆栈帧,并将方法参数从当前方法的计算堆栈弹出压入目标方法的参数表中,接着执行流程跳转到目标方法。当执行 .locals init 指令时,会在其内部变量表中创建相应的内部变量,然后使用目标方法的计算堆栈完成 IL 指令执行。当目标方法 IL 指令结束时,其返回值(如果有)会被弹出(pop)并压入(push)最初调用者的计算堆栈中,ret 指令将控制权返回给调用者,目标方法堆栈帧被抛弃,所占用内存被释放。 相关概念

栈(Stack)和堆 (Heap)不同,它是一种线性结构,而堆是一种链式结构。栈按照先进后出 (LIFO - Last In First Out) 的原理工作,通过一个指针来维护内存占用。当我们释放一段内存时,只要将指针回复到某个起始位置即可,因此它的执行效率非常高。而托管堆(Managed Heap)是动态分配的内存区域,由 GC 进行管理,每个进程中的所有线程共享一个托管堆。.NET CLR 和 Java VM 都是一种被称之为堆栈式虚拟机(Stack-Base VM)的技术,它的执行机制和我们所熟悉的 80x86 执行方式有所不同,它并没有寄存器的概念,他们的指令集(Instruction Set) 都是采用堆栈进行运算,首先将数据(Data)压入栈,然后进行操作。此处的堆栈就是我们上面所说的计算堆栈(Evaluation Stack)。 -------------- 参考文献:

Vijay Mukhi's: 《C# to IL》

Serge Lidin: 《Expert .NET 2.0 IL Assembler》 蔡学镛: 《.NET中间语言》

十四、Method - Static, Instance, Virtual Methods

静态方法(static methods)被类型的所有实例共享,它们无需实例引用(this),同时不能访问实例成员,除非我们显示通过方法参数传递一个实例引用给它。静态方法不能被继承,当我们在继承类型中调用基类静态方法时,它实际上是一种绑定行为,而不是继承。 注意看下面静态方法和实例方法(instance methods)第一个参数的不同。 .assembly extern mscorlib { auto } .assembly MyApp {}

.module MyApp.exe .namespace MyApp {

.class public Program extends [mscorlib]System.Object { .method static private void Main(string[] args) { .entrypoint newobj instance void MyApp.Program::.ctor()

第 24 頁,共 29 頁


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