大內高手專欄：

發行項
11/12/2008

.NET中間語言（IL）

作者：蔡學鏞

2003 年 09 月

.NET CLR 和 Java VM 都是堆疊式虛擬機器（Stack-Based VM），也就是說，它們的指令集（Instruction Set）都是採用堆疊運算的方式：執行時的資料都是先放在堆疊中，再進行運算。Java VM 有約 200 個指令（Instruction），每個指令都是 1 byte 的 opcode（操作碼），後面接不等數目的參數；.NET CLR 有超過 220 個指令，但是有些指令使用相同的 opcode，所以 opcode 的數目比指令數略少。特別注意，.NET 的 opcode 長度並不固定，大部分的 opcode 長度是 1 byte，少部分是 2 byte。

本文章以一個實際的例子，讓你瞭解堆疊式 VM 的運作原理，並對 .NET IL（Intermediate Language）有最基本的領略。

下面是一個簡單的 C# 原始碼：

                                    using System;

public class Test {
    public static void Main(String[] args) {
        int i=1;
        int j=2;
        int k=3;
        int answer = i+j+k;
        Console.WriteLine("i+j+k="+answer);
    }
}

將此原始碼編譯之後，可以得到一個 EXE 檔案。我們可以透過 ILDASM.EXE 來反組譯 EXE 以觀察 IL。我將 Main() 的 IL 反組譯條列如下，這裡共有十八道 IL 指令，有的指令（例如 ldstr 與 box）後面需要接參數，有的指令（例如 ldc.i4.1 與 add）後面不需要接參數。

ldc.i4.1
stloc.0
ldc.i4.2
stloc.1
ldc.i4.3
stloc.2
ldloc.0
ldloc.1
add
ldloc.2
add
stloc.3
ldstr      "i+j+k="
ldloc.3
box        [mscorlib]System.Int32
call       string [mscorlib]System.String::Concat(object, object)
call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
ret

此程式執行時，關鍵的記憶體有三種，分別是：

**Managed Heap：**這是動態配置（Dynamic Allocation）的記憶體，由 Garbage Collector（GC）在執行時自動管理，整個 Process 共用一個 Managed Heap。
**Call Stack：**這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體，每個 Thread 都有自己專屬的 Call Stack。每呼叫一次 method，就會使得 Call Stack 上多了一個 Record Frame；呼叫完畢之後，此 Record Frame 會被丟棄。一般來說，Record Frame 內紀錄著 method 參數（Parameter）、返回位址（Return Address）、以及區域變數（Local Variable）。Java VM 和 .NET CLR 都是使用 0, 1, 2… 編號的方式來識別區域變數。
**Evaluation Stack：**這是由 .NET CLR 在執行時自動管理的記憶體，每個 Thread 都有自己專屬的 Evaluation Stack。前面所謂的堆疊式虛擬機器，指的就是這個堆疊。

後面有一連串的示意圖，用來解說在執行時此三種記憶體的變化。首先，在進入 Main() 之後，尚未執行任何指令之前，記憶體的狀況如圖 1 所示：

對 1
圖 1