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MSIL 教程.docx
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MSIL教程
MSIL教程
在网上发现了一个非常好的MSIL教程,可惜是英文版的,于是就翻译了一下,与大家共享,
原文
介绍
微软中间语言(MSIL)是一种语言,是许多编译器(C#,VB.NET等)的输出. ILDasm (中间语言反汇编器)程序和.NetFrameworkSDK(FrameworkSDK/Bin/ildasm.exe)打包在一起,让用户以人可阅读的格式查看MSIL代码。
通过该工具,我们可以打开任何.net可执行文件(exe或dll)并查看其MSIL代码。
ILAsm 程序(中间语言编译器)从MSIL语言生成可执行文件。
我们可以在WINNT/Microsoft.NET/Framework/vn.nn.nn目录中找到这个程序。
许多VisualC++程序员开始.net开发是因为他们对.NET框架的底层发生了一些什么感兴趣。
学习MSIL给了用户理解某些对C#程序员或VB.NET程序员来说是透明的东西的机会。
通晓MSIL给.NET程序员更多的能力。
我们从不需要直接用MSIL编写程序,但是在某些情况下是非常有用的,我们可以用ILDasm打开程序的MSIL代码,查看它到底做了一些什么。
一个Doc格式的MSIL参考对.NET开发人员来说比较有用,它也许可以在FrameworkSDK目录下找到:
∙FrameworkSDK/ToolDevelopersGuide/docs/PartitionIIMetadata.doc (元数据定义和术语).在这个文件中,我发现了所有MSIL指令的说明,例如.entrypoint, .locals等.
∙FrameworkSDK/ToolDevelopersGuide/docs/PartitionIIICIL.doc (CIL命令集)包含了一个MSIL命令的完整列表。
在工作中,我也用到了一个MSDN的ILDAsm教程,一篇2001年5月由JohnRobbins发表在MSDN杂志的优秀的文章:
"ILDASMisYourNewBestFriend"。
我想学习一门语言最好的途径就是用它写一些程序,所以我决定写一些小的MSIL程序。
实际上,我们有写这些代码——是C#编译器生成的,我只是做一了一些小的更改,并加了许多注释以描述MSIL是如何工作的。
通过阅读附在本文的例子可以帮助.NET程序员理解中间语言,帮助其在需要的时候更易读懂MSIL代码。
一般信息
在MSIL中,所有的操作都在栈上完成。
当调用一个函数的时候,其参数和局部变量都被分配到栈上。
函数的代码从该栈开始,把一些值压入栈,对这些值进行一些操作,从栈上取出值。
执行MSIL名利和函数由3个步骤完成:
1. 把命令操作数和函数参数压入栈。
2. 执行命令或者调用函数。
命令或函数从栈中取出他们的操作数(参数)并把他们压入结果栈(返回值)。
3. 从栈中读取结果值。
步骤1~3是可选的,例如,void函数不会压入一个结果值到栈。
栈包含值类型对象和引用类型对象的引用。
引用类型对象本身保存在堆中。
用来把一个值压入栈中的MSIL命令是ld... (装载),用来从栈中取出值的命令是st... (存储),因为值都存在变量中。
我们可以把入栈操作叫做装载,出栈操作叫做存储。
示例项目
本文附上的代码中包含了许多用MSIL写的控制台程序.如果需要编译他们,请确定ILAsm程序可以通过PATH访问。
每个项目都是一个VisualStudio解决方案,IL源文件可以用VS的文本编辑器打开,Build命令运行ILAsm 程序在项目所在目录生成exe文件,run命令执行该文件。
在每个程序的末尾,我加了几行代码,他们可以用C#来写:
Console.WriteLine("PressEntertocontinue");
Console.Read();
这样,当从WindowsExplorer运行的时候,就可以看到程序的输出。
下面是所含项目的列表:
1. 打印字符串—打印字符传到控制台。
2. 赋值—给一个int变量赋值并把它打印到控制台。
3. 运算—从控制台读取2个数字,惊醒+,-和乘的操作,并显示结果。
4. 数组—分配一个int类型的数组,给他的元素赋值,打印其元素和数组的长度。
5. 比较—输入2个数字并打印出最小的那个。
6. 数组2—用循环填充数组元素并打印某些元素。
7. 不安全代码—使用unsafe指针访问数组元素。
8. PInvoke—调用Win32API。
9. 类—和类一起工作。
10. 异常—异常处理。
我假设你以在这所说的顺序阅读这些项目。
在下面的项目描述中,我用程序来解释每一条MSIL命令,并给出一些代码片段。
打印字符串
PrintString就是MSIL版的 Hello,World
在代码中用到的MSIL指令如下:
l .entrypoint—定义程序的入口点(该函数在程序启动的时候由.NET运行库调用)
l .maxstack—定义函数代码所用堆栈的最大深度。
C#编译器可以对每个函数设置准确的值,在例子中,我把他设为8。
用到的MSIL命令如下:
∙ldstr string—把一个字符串常量装入堆栈。
∙call function(parameters)—调用静态函数。
函数的参数必须在函数调用前装入堆栈。
∙pop—取出栈顶的值。
当我们不需要把值存入变量时使用。
∙ret—从一个函数中返回。
调用静态函数很简单。
我们把函数的参数压入堆栈,调用函数,然后从堆栈中读取函数的返回值(如果是非void函数)。
Console.WriteLine 就是一个这样的函数。
下面是代码:
.assemblyPrintString{}
/*
Console.WriteLine("Hello,World)"
*/
.methodstaticpublicvoidmain()ilmanaged
{
.entrypoint //该函数是程序的入口
.maxstack8
//*****************************************************
//Console.WriteLine("Hello,World)";
//*****************************************************
ldstr"Hello,World" //把字符串压入堆栈
//调用静态的System.Console.Writeline函数
//(函数移除栈顶的字符串)
call void[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine
(classSystem.String)
//*****************************************************
ldstr"PressEntertocontinue"
call void[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine
(classSystem.String)
//调用System.Console.Read函数
callint32[mscorlib]System.Console:
:
Read()
//pop指令移除栈顶元素
//(移除由Read()函数返回的数字
pop
//*****************************************************
ret
}
赋值
该程序给一个变量赋与int值并把它打印到控制台窗口。
命令:
∙ldc.i4.n—把一个32位的常量(n从0到8)装入堆栈
∙stloc.n—把一个从堆栈中返回的值存入第n(n从0到8)个局部变量
代码:
.assemblyXequalN{}
//intx;
//x=7;
//Console.WriteLine(x);
.methodstaticpublicvoidmain()ilmanaged
{
.entrypoint
.maxstack8
.localsinit([0]int32x) //分配一个局部变量
//*****************************************************
//x=7;
//*****************************************************
ldc.i4.7 //把常量装入堆栈
stloc.0 //把堆栈中的值存入第0个变量
//*****************************************************
//Console.WriteLine(x);
//*****************************************************
ldloc.0 //把第0个变量转入堆栈
callvoid[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine(int32)
ret
}
数据运算
本程序从控制台读取2个数字,对它们进行简单的运算,然后显示结果。
命令:
∙add—2个值相加。
命令的参数必须在调用前装入堆栈,该函数从堆栈中移除参数并把运算后的结果压入堆栈。
∙sub—2个值相减。
∙mul—2个值相乘。
代码片段:
.assemblyOperations{}
/*
//程序的C#代码:
intx,y,z;
strings;
Console.WriteLine("Enterx:
");
s=Console.ReadLine();
x=Int32.Parse(s);
Console.WriteLine("Entery:
");
s=Console.ReadLine();
y=Int32.Parse(s);
z=x+y;
Console.Write("x+y=");
Console.Write(z);
Console.WriteLine("");
z=x-y;
Console.Write("x-y=");
Console.Write(z);
Console.WriteLine("");
z=x*y;
Console.Write("x*y=");
Console.Write(z);
Console.WriteLine("");
*/
.methodstaticpublicvoidmain()ilmanaged
{
.entrypoint
.maxstack8
.localsinit([0]int32x,
[1]int32y,
[2]int32z,
[3]strings)
//*****************************************************
//Console.WriteLine("Enterx:
");
//*****************************************************
ldstr "Enterx:
" //把字符装入堆栈
call void[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine(string)
//*****************************************************
//s=Console.ReadLine();
//*****************************************************
call string[mscorlib]System.Console:
:
ReadLine()
stloc.3 //把值存入第3个变量
//*****************************************************
//x=Int32.Parse(s);
//*****************************************************
ldloc.3 //把第3个变量装入堆栈
//调用System.Int32:
:
Parse(string)函数
//把字符串从堆栈中移除并把解析的结果——int值压入堆栈
call int32[mscorlib]System.Int32:
:
Parse(string)
stloc.0 //把值存入第0个变量
//*****************************************************
//和变量y的一些运算
//*****************************************************
ldstr "Entery:
"
//装入字符串
call void[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine(string)
//调用
call string[mscorlib]System.Console:
:
ReadLine()
//调用
stloc.3
//把值存入第3个变量
ldloc.3
//把第3个变量装入堆栈
call int32[mscorlib]System.Int32:
:
Parse(string)
//调用
stloc.1
//把值存入第1个变量
//*****************************************************
//z=x+y;
//*****************************************************
ldloc.0 //把第0个变量装入堆栈
ldloc.1 //把第1个变量装入堆栈
//把这2个值从堆栈中移除,把结果压入堆栈
add
stloc.2 //把值存入第2个变量
//*****************************************************
//Console.Write("x+y=");
//*****************************************************
ldstr "x+y=" //loadstringontostack
call void[mscorlib]System.Console:
:
Write(string)
//*****************************************************
//Console.Write(z);
//*****************************************************
ldloc.2 //把第2个变量装入堆栈
call void[mscorlib]System.Console:
:
Write(int32)
//*****************************************************
//Console.WriteLine("");
//*****************************************************
ldstr "" //装入字符串
call void[mscorlib]System.Console:
:
WriteLine(string)
//相减和相乘运算过程与上面相同
ret
}
休息一下
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MSIL教程
(二):
数组、分支、循环、使用不安全代码和如何调用Win32API
续上文【翻译】MSIL教程
(一) ,本文继续讲解数组、分支、循环、使用不安全代码和如何调用Win32API
数组
本程序分配一个int型的数组并给他的元素赋值,然后打印出元素和数组的长度。
命令:
∙newarr type—生成一个元素类型为type 的数组。
数组的大小必须在调用该命令前装入堆栈。
该命令会把一个数组的引用装入堆栈。
∙stelem.i4—给一个数组成员赋值。
数组的引用、下标和值必须在调用该命令前装入堆栈。
∙ldelema type—把数组元素的地址装入堆栈。
数组的引用和下标必须在调用该命令前装入堆栈。
地址用来调用非静态函数(参见后面)。
∙ldlen—把数组的长度装入堆栈。
数组的引用必须在调用该命令前装入堆栈。
∙ldloca.s variable—把变量的地址装入堆栈。
∙ldc.i4.s value—把一个Int32的常量装入堆栈(用于大于8位的数)。
∙conv.i4—把堆栈中值转换成Int32类型。
∙callinstance function(arguments)—调用类的非静态函数。
在调用一个非静态函数之前,我们必须把某个类的实例的地址和函数的参数装入堆栈。
在本例中,地址通过ldelema和ldloca 命令装入。
在本例的某些代码片段中,我写了一些注释,以说明堆栈在最后一个变量后的状态。
在本例中,我们看到变量由编译器生成,该变量用来调用类的非静态函数。
代码:
.assemblyArray1{}
/*
//ThisprogramworksasC#code:
int[]x=newint[5];
x[0]=10;
x[1]=20;
Console.WriteLine("x[0]="+x[0].ToString());
Console.WriteLine("x[1]="+x[1].ToString());
Console.WriteLine("Arraylength="+x.Length.ToString());
*/
.methodstaticpublicvoidmain()ilmanaged
{
.entrypoint
.maxstack8
.localsinit([0]int32[]x,
[1]int32tmp) //由编译器生成
//*****************************************************
//x=newint[5];
//*****************************************************
ldc.i4.5 //把常量装入堆栈。
//生成数组,并把他的引用压入堆栈
newarr [mscorlib]System.Int32
//把数组从堆栈中取出,存入第0个局部变量中
stloc.0
//*****************************************************
//x[0]=10;
//*****************************************************
ldloc.0 //把第0个局部变量装入堆栈(数组)
ldc.i4.0 //把常量0装入堆栈(下标)
ldc.i4.s 10 //把常量10装入堆栈(值)
stelem.i4 //array[index]=value
//对数组的其余元素进行同样的操作……
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