written by cash (天下第七)
2002.04.07
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cashcao@msn.com

約定

//一個(gè)典型的用C#寫(xiě)就的HelloWorld程序
using System;
class HelloWorld
{
public static void Main()
{
Console.WriteLine("Hello World !");
}
}

我忘記自己第一次用C#向世界問(wèn)好是在什么時(shí)候了，不過(guò)可以肯定我已經(jīng)打過(guò)招呼了，那時(shí)候用的是beta1版?，F(xiàn)在你可以到http://msdn.microsoft.com/downloads/default.asp?url=/downloads/sample.asp?url=/msdn-files/027/000/976/msdncompositedoc.xml去下載.Net Framework Software Development Kit (SDK)的正式版，其中包括了前面提到的.NET Framework， 以及書(shū)寫(xiě)、編譯、測(cè)試、開(kāi)發(fā) .NET Framework 應(yīng)用程序所需要的一切——文檔、例子、命令行工具和編譯器。安裝之后就可以開(kāi)發(fā)和運(yùn)行C#程序了，不過(guò)一般的建議是：一定要看.Net Framework SDK中所帶的文檔與例子，如果能照著例子再寫(xiě)一遍那就再好不過(guò)了。
當(dāng)我第一次看到C#代碼的時(shí)候，同樣認(rèn)為它很像Java，一個(gè)形象的比喻是：C#和Java是一對(duì)雙胞胎，從語(yǔ)法的角度來(lái)講，它們共同的父親當(dāng)然非C++莫屬(請(qǐng)注意，不是VC++)。對(duì)于一個(gè)學(xué)過(guò)Java語(yǔ)言的人來(lái)說(shuō)(比如說(shuō)在下)，要理解這段代碼實(shí)在是太容易了：第一行當(dāng)然是注釋了，C#支持兩種注釋方法，以"http://"開(kāi)始的單行注釋和以"/*"、"*/"配對(duì)使用的多行注釋。第二行(using System)導(dǎo)入了System這個(gè)包(在C#中被稱之為名字空間，Namespace)，可以讓我們方便的調(diào)用Microsoft.Net基類庫(kù)System中的所有類，在此例中使用了System名字空間中的"Console"類，用于在控制臺(tái)窗口輸出程序運(yùn)行結(jié)果。如前所述，C#并沒(méi)有內(nèi)置的輸入輸出語(yǔ)句，所有需實(shí)現(xiàn)的功能都完全來(lái)自于.Net基類庫(kù)。這一句的作用就是告訴編譯器去哪里尋找Console類以便調(diào)用。
接下來(lái)聲明了一個(gè)類HelloWorld，這個(gè)類中有一個(gè)特殊的方法Main()，每個(gè)可執(zhí)行文件都需要有一個(gè)入口點(diǎn)，在C#中，這個(gè)入口點(diǎn)就是Main()方法，此方法將在程序啟動(dòng)時(shí)被調(diào)用。在這個(gè)方法中，Console是在命名空間System下的一個(gè)類，它表示的是控制臺(tái)。這里調(diào)用其靜態(tài)方法WriteLine()。如同C++一樣，靜態(tài)方法允許我們直接作用于類而非實(shí)例對(duì)象。WriteLine()函數(shù)接受字符串類型的參數(shù)"Hello World !"，并把它送入控制臺(tái)顯示。如前所述，C#沒(méi)有自己的類庫(kù)，它直接獲取Microsoft.NET系統(tǒng)類庫(kù)。在這里正是通過(guò)獲取Microsoft.NET系統(tǒng)類庫(kù)中的System.Console.WriteLine()來(lái)完成我們想要的控制臺(tái)輸出操作。現(xiàn)在使用記事本來(lái)編寫(xiě)這段代碼，并將它的文件名保存為HelloWorld.cs，其中".cs"是C#源代碼文件的擴(kuò)展名。然后在配置好C#編譯器的命令行環(huán)境里鍵入"csc HelloWorld.cs"編譯文件?？梢钥吹骄幾g輸出文件HelloWorld.exe。鍵入HelloWorld執(zhí)行這個(gè)文件可得到下面的輸出：

Hello World !

這就是第一個(gè)C#的程序，我們使用csc.exe來(lái)編譯它，對(duì)于這個(gè)C#編譯器，有如下說(shuō)明：
1.　它是隨.Net Framework SDK免費(fèi)發(fā)布的，可以在DOS命令行被調(diào)用
2.　它的使用方法如下：
　　csc SourceFile.cs /out:TargetFile.exe
　　如果不使用輸出參數(shù)指定目標(biāo)文件名，則默認(rèn)輸出為源文件名
3.　一般情況下，它在系統(tǒng)文件夾(Windows或WinNT)下的Microsoft.NET\Framework\v1.0.3705文件夾內(nèi)
4.　如果你安裝了VS.Net，從Visual Studio.NET Tools項(xiàng)目組中可以激活Visual Studio.NET　Command Prompt窗口，這是一個(gè)配置好C#編譯器的命令行環(huán)境
5.　使用csc.exe編譯后的C#程序并不是機(jī)器代碼(盡管擁有.exe的后綴名)。如前所述，C#程序只是被編譯成了MSIL代碼。

C#編譯器(csc.exe)編譯后的文件并不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的可執(zhí)行文件(并不包含機(jī)器代碼)，而是一個(gè)PE（portable executable）格式的文件，雖然它同樣擁有.exe的后綴名。在這個(gè)PE文件中也不僅僅只包含中間語(yǔ)言，在其中還包含有元數(shù)據(jù)(Metadata)和一個(gè)由編譯器添加的目標(biāo)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)行文件頭。

中間語(yǔ)言，確切地說(shuō)，應(yīng)該稱為微軟中間語(yǔ)言(Microsoft Intermediate Language，MSIL)，是由微軟定義的一種界于源代碼與機(jī)器碼之間的一種語(yǔ)言。在CLR中，它首先會(huì)由特定的語(yǔ)言編譯器將其包裝成exe格式的偽代碼(P代碼)。再由特定的編譯器將其轉(zhuǎn)換為本地代碼執(zhí)行。對(duì)于微軟中間語(yǔ)言，一個(gè)形象的比喻是：如果CLR是操作系統(tǒng)的話，那么微軟中間語(yǔ)言就是.Net平臺(tái)上的ASM匯編語(yǔ)言。它比大多數(shù) CPU 機(jī)器語(yǔ)言更為高級(jí)，比如它可以理解對(duì)象類型，并具有創(chuàng)建和初始化對(duì)象、調(diào)用關(guān)于對(duì)象的虛擬方法以及直接操作處理數(shù)組元素的指令。它甚至還具有發(fā)現(xiàn)和捕獲異常情況用于錯(cuò)誤處理的指令。

元數(shù)據(jù)(Metadata)和MSIL共同存在于編譯好的程序文件之中，描述了此程序包含的類型的定義、各種類型的簽名及其它一些數(shù)據(jù)，相當(dāng)于以前的類型庫(kù)(Type Library)，同時(shí)也記載了此程序所引用到的其它外部類。元數(shù)據(jù)的主要作用是將與代碼有關(guān)的更多的信息提供給CLR?；旧?，元數(shù)據(jù)用于如下各項(xiàng)任務(wù)：用于表示CLR用途的信息，如定位和裝載類、內(nèi)存中這些類的實(shí)例、解決調(diào)用、翻譯IL為原始碼、加強(qiáng)安全并設(shè)置運(yùn)行時(shí)上下文邊界。

一個(gè)由C#語(yǔ)言寫(xiě)就的源碼文件在CLR環(huán)境中執(zhí)行的過(guò)程是這樣的：首先由C#編譯器編譯成包含了中間語(yǔ)言和元數(shù)據(jù)的PE文件，當(dāng)我們?cè)谙到y(tǒng)中調(diào)用這個(gè)文件時(shí)，CLR會(huì)啟動(dòng)一個(gè)編譯器再將這個(gè)PE文件包含的MSIL代碼轉(zhuǎn)換成為托管的本地代碼。轉(zhuǎn)換MSIL代碼為本地碼的這個(gè)編譯器就叫做JIT編譯器(Just In Time，JITer)。請(qǐng)注意它并不是前面我們用到的C#編譯器。
現(xiàn)在讓我們看看JIT編譯器是如何工作的：當(dāng)PE文件被調(diào)用時(shí)，JIE編譯器將其分解為MSIL和元數(shù)據(jù)，這時(shí)候MSIL并不直接讓.Net去調(diào)用本地的系統(tǒng)接口，而是指定.Net系統(tǒng)去編譯連接那些需要的CLR　DLL，編譯出百分之百的本地代碼。整個(gè)的過(guò)程如下：
當(dāng)一個(gè)類型被裝載時(shí)，裝載器創(chuàng)建一個(gè)存根(stub)，并使它與類型的每一個(gè)方法相連接。當(dāng)一個(gè)方法第一次被調(diào)用時(shí)，存根把控制交給JITer。JITer把MSIL編譯為本地代碼，并且把存根指針指向緩沖本地代碼。已經(jīng)被JITer編譯的方法隨后就直接調(diào)用已經(jīng)產(chǎn)生的本地代碼，減少了JITer編譯和執(zhí)行代碼的時(shí)間。可以看到，JITer并不會(huì)一次性的將所有的MSIL都編譯為本地代碼，而是在我們需要時(shí)才即時(shí)編譯，也就是說(shuō)，有些代碼可能從來(lái)都沒(méi)有被編譯過(guò)。很明顯這樣做的好處是既保證了運(yùn)行期的安全性，又不會(huì)損失太多的效率。

這就是一個(gè)C#程序執(zhí)行時(shí)的步驟。整個(gè)過(guò)程是這樣的：
1) 由C#編譯器將源代碼編譯為中間語(yǔ)言
2) 裝入托管代碼，這包括解決內(nèi)存中的名字、表層類(laying out classes )，并且創(chuàng)建JIT編譯所必需的存根。通過(guò)執(zhí)行經(jīng)常性校驗(yàn)，包括加強(qiáng)一些訪問(wèn)規(guī)則，類裝載器同樣也增強(qiáng)了安全性
3) 用JITer將 IL轉(zhuǎn)換成原始代碼
4) 裝入元數(shù)據(jù)、校驗(yàn)類型安全和方法的完整性
5) 垃圾收集(GC)和異常處理
6) 描繪和查錯(cuò)服務(wù)
7) 管理線程和上下文以及遠(yuǎn)程管理。

不必全部理解這些概念，在以后的學(xué)習(xí)中將會(huì)一一的體會(huì)到它們的精彩，現(xiàn)在你需要做的(如果你還沒(méi)這么干過(guò)的話)，是找到ildasm.exe這個(gè)文件(一般情況下，它會(huì)和csc.exe在同一文件夾中)。顧名思義，這是一個(gè)MSIL的反匯編程序(.Net Framework IL Disassembler)，在命令行窗口下輸入ildasm helloworld.exe /out=helloworld.il就會(huì)得到兩個(gè)文件：helloworld.il和helloworld.res。前者包括了反編譯出來(lái)的元數(shù)據(jù)和MSIL代碼，后者則是提取的資源文件。用記事本打開(kāi)helloworld.il文件，可以看到它定義并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)繼承自System.Object 的HelloWorld類及兩個(gè)函數(shù)：Main()和.ctor()。其中.ctor()是HelloWorld類的構(gòu)造函數(shù)。在這個(gè)文件中還包括元數(shù)據(jù)和其它有關(guān)的信息。如果你覺(jué)得這樣不夠直觀的話，可以在命令行窗口鍵入ildasm helloworld.exe，這樣就可以啟動(dòng)ILDASM 窗口并向我們展示出反編譯后的helloworld.exe文件。

請(qǐng)仔細(xì)將這些代碼看上幾遍，現(xiàn)在理解全部這些內(nèi)容并不重要，但是希望你也能看一下文件中的元數(shù)據(jù)，這其中包含所有 Runtime 和編譯器需要的有關(guān)程序集及其模塊、類型和成員（如方法）的信息。

行文至此，我想談一下學(xué)習(xí)。如你所知，在我們所處的環(huán)境中，學(xué)習(xí)總意味著是一個(gè)痛苦的過(guò)程，學(xué)習(xí)一種新知識(shí)好像總是為了自己的某種需求，我并不認(rèn)為這樣有什么不對(duì)，但我總覺(jué)著，除了拿到高薪和受人尊敬外，學(xué)習(xí)還應(yīng)該帶給我們更多的快樂(lè)。有些知識(shí)我們現(xiàn)在也許用不著，比如前面談到的一些內(nèi)容，但是我們了解了，就是一件值得高興的事。

智慧本身就是好的，有一天我們都會(huì)死去，追求智慧的道路還會(huì)有人在走著。死掉以后的事我看不到。但在我活著的時(shí)候，想到這件事，心里就高興。 ——王小波

今天是2002年4月7號(hào)，再過(guò)三天就是王小波的忌日了，不知道有多少人還會(huì)記得這個(gè)日子，還會(huì)記得這個(gè)人。本文的最后，我向大家推薦小波的作品——每一個(gè)心智成熟的人都應(yīng)該讀一讀小波的文字。在他的雜文隨筆集《沉默的大多數(shù)》中有一句話談到了他作為程序員的一面：
“今晚不把這段Ｃ++調(diào)通，老子就不睡了！”

>>>未完，待續(xù)...