跟小静读CLR via C#（01）-.NET平台下代码是怎么跑起来的

想起前些日子去某知名电子商务公司面试的时候，问了很多我.NET程序的运行机制，当时很多比较底层的问题都没答好，发现自己的知识太皮毛了。于是决定好好学习。今天看的是代码在.NET平台体系下的执行过程，它是怎么跑起来的？

程序在.NET框架下运行，首先要将源代码编译为托管模块。CLR是一个可以被多种语言所使用的运行时，它的很多特性可以用于所有面向它的开发语言。微软开发了多种语言的编译器，编译时会使用相应的编译器进行语法检查器和代码分析器，在编译完成后都生成一个托管模块。

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托管模块？

托管模块是一个需要CLR环境才能执行的标准windows PE文件，包含IL和元数据以及PE表头和CLR表头。

IL又叫托管代码，是编译器编译源文件后产生的指令，CLR会在运行时将IL编译成本地CPU指令。

元数据实际上是一个数据表集合，用来描述托管模块中所定义和引用的内容。VS能够智能感知就得益于元数据的描述。

PE表头：标准Windows PE文件表头，包含文件类型（如GUI、CUI等），以及文件创建时间等信息。

CLR表头：包含标识托管模块的一些信息。如CLR版本号，托管模块入口点方法（main方法）以及MethodDef元数据等等。

一般编译器会默认将生成的托管模块生成一个程序集，CLR直接打交道的是程序集（assembly），程序集包含一个或多个托管模块，以及资源文件的逻辑组合。组合过程如下：

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左侧为一些托管模块，在经过一些工具的处理后，生成了一个PE文件，也就是程序集。程序集中有一个清单（manifest）数据块，用来描述组成程序集的所有文件。此外，程序集还包含它所引用的程序集的信息，这就使得程序集可以实现自描述。这样CLR就直接知道了程序集所需要的所有内容，因此程序集的部署比非托管组件要容易。

还可以通过工具CLRVer.exe查看机器上装的所有CLR版本。

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加载并初始化CLR的过程：

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IL代码要通过即时编译器（JIT）转换成本地CPU指令。

方法第一次调用过程？

1. 当程序第一次运行时，会调用JITCompiler函数，它可以知道调用了那些方法，以及定义该方法的类。

2. 然后JITCompiler函数在元数据中搜索该IL代码的位置，验证后转换成本地CPU指令。将指令保存在动态分配的内存中

3. JITCompiler将被调用方法地址改为第2步的内存地址

4. 跳转到上述代码块上执行代码

5. 执行完成后返回

IL是基于堆栈的语言，而且是无类型的。IL的好处之一是提高程序的健壮性，在将IL代码转换成本地CPU指令时，CLR将执行安全验证的过程，验证失败则会抛出异常。

举个小例子，我们可以看出来有时候能通过编译器的检验，但是运行时还是会抛出异常。

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再次调用该方法？

在一个程序中，我们经常反复调用同一个方法，当再次调用该方法时就不需要重复进行验证了，可以直接调用内存块中已有的本地代码，完全跳过JITCompile函数的验证和编译过程。所以同一方法只有在第一次调用时会产生一些性能损失，后续调用就可以全速进行了。

关闭程序？

由于编译器将本地代码保存在动态内存中，所以关闭程序时本地代码将发生丢失。当再次启动程序或者同时运行程序的两个实例时，JIT编译器将再次将IL代码编译为本地指令。

    本文转自 陈敬（Cathy） 博客园博客，原文链接：http://www.cnblogs.com/janes/archive/2011/07/01/2095587.html，如需转载请自行联系原作者