Язык программирования C#9 и платформа .NET5

  return x + y;
 }

В терминах CIL действие сложения двух чисел выражается посредством кода операции 0X58. В том же духе вычитание двух чисел выражается с помощью кода операции 0X59, а действие по размещению нового объекта в управляемой куче записывается с использованием кода операции 0X73. С учетом описанной реальности "код CIL" , обрабатываемый JIT-компилятором, представляет собой не более чем порцию двоичных данных.

К счастью, для каждого двоичного кода операции CIL предусмотрен соответствующий мнемонический эквивалент. Например, вместо кода 0X58 может применяться мнемонический эквивалент add, вместо 0X59 — sub, а вместо 0X73 — newob j. С учетом такой разницы между кодами операций и их мнемоническими эквивалентами декомпиляторы CIL, подобные ildasm.exe, транслируют двоичные коды операций сборки в соответствующие им мнемонические эквиваленты CIL. Вот как ildasm.exe представит в CIL предыдущий метод Add, написанный на языке C# (в зависимости от версии .NET Core вывод может отличаться):

 .method assembly hidebysig static int32 Add(int32 x,int32 y) cil managed
 {
  // Code size 9 (0x9)
  .maxstack 2
  .locals init ([0] int32 int32 V_0)
  IL_0000: /* 00 | */ nop
  IL_0001: /* 02 | */ ldarg.0
  IL_0002: /* 03 | */ ldarg.1
  IL_0003: /* 58 | */ add
  IL_0004: /* 0A | */ stloc.0
  IL_0005: /* 2B | 00 */ br.s IL_0007
  IL_0007: /* 06 | */ ldloc.0
  IL_0008: /* 2A | */ ret
 } //end of method

Если вы не занимаетесь разработкой исключительно низкоуровневого программного обеспечения .NET Core (вроде специального управляемого компилятора), то иметь дело с числовыми двоичными кодами операций CIL никогда не придется. На практике когда программисты, использующие .NET Core, говорят о "кодах операций CIL", они имеют в виду набор дружественных строковых мнемонических эквивалентов (что и делается в настоящей книге), а не лежащие в основе числовые значения.

Заталкивание и выталкивание: основанная на стеке природа CIL

В языках .NET Core высокого уровня (таких как С#) предпринимается попытка насколько возможно скрыть из виду низкоуровневые детали CIL. Один из особенно хорошо скрываемых аспектов — тот факт, что CIL является языком программирования, основанным на использовании стека. Вспомните из исследования пространств имен коллекций (см. главу 10), что класс Stack<T> может применяться для помещения значения в стек, а также для извлечения самого верхнего значения из стека с целью последующего использования. Разумеется, программисты на языке CIL не работают с объектом типа Stack<T> для загрузки и выгрузки вычисляемых значений, но применяемый ими образ действий похож на заталкивание и выталкивание.

Формально сущность, используемая для хранения набора вычисляемых значений, называется виртуальным стеком выполнения. Вы увидите, что CIL предоставляет несколько кодов операций, которые служат для помещения значения в стек; такой процесс именуется загрузкой. Кроме того, в CIL определены дополнительные коды операций, которые перемещают самое верхнее значение из стека в память (скажем, в локальную переменную), применяя процесс под названием сохранение.

В мире CIL невозможно напрямую получать доступ к элементам данных, включая локально определенные переменные, входные аргументы методов и данные полей типа. Вместо этого элемент данных должен быть явно загружен в стек и затем извлекаться оттуда для использования в более позднее время (запомните упомянутое требование, поскольку оно содействует пониманию того, почему блок кода CIL может выглядеть несколько избыточным).

На заметку! Вспомните, что код CIL не выполняется напрямую, а компилируется по требованию. Во время компиляции кода CIL многие избыточные аспекты реализации оптимизируются. Более того, если для текущего проекта включена оптимизация кода (на вкладке Build (Сборка) окна свойств проекта в Visual Studio), то компилятор будет также удалять разнообразные избыточные детали CIL.

Чтобы понять, каким образом CIL задействует модель обработки на основе стека, создайте простой метод C# по имени PrintMessage, который не принимает аргументов и возвращает void. Внутри его реализации будет просто выводиться значение локальной переменной в стандартный выходной поток:

 void PrintMessage
 {
  string myMessage = "Hello.";
  Console.WriteLine(myMessage);
 }

Если просмотреть код CIL, который получился в результате трансляции метода PrintMessage компилятором С#, то первым делом обнаружится, что в нем определяется ячейка памяти для локальной переменной с помощью директивы .locals. Затем локальная строка загружается и сохраняется в этой локальной переменной с применением кодов операций ldstr (загрузить строку) и stloc.0 (сохранить текущее значение в локальной переменной, находящейся в ячейке 0).

Далее с помощью кода операции ldloc.0 (загрузить локальный аргумент по индексу 0) значение (по индексу 0) загружается в память для использования в вызове метода System.Console.WriteLine, представленном кодом операции call. Наконец, посредством кода операции ret производится возвращение из функции. Ниже показан (прокомментированный) код CIL для метода PrintMessage (ради краткости из листинга были удалены коды операций nop):

 .method assembly hidebysig static void PrintMessage cil managed
 {
  .maxstack 1
   // Определить локальную переменную типа string (по индексу 0).
  .locals init ([0] string V_0)

   // Загрузить в стек строку со значением "Hello."
  ldstr " Hello."

   // Сохранить строковое значение из стека в локальной переменной.