Язык программирования C#9 и платформа .NET5 - Эндрю Троелсен Страница 20

Компиляция кода CIL в инструкции, специфичные для платформы

Поскольку сборки содержат инструкции CIL, а не инструкции, специфичные для платформы, перед применением код CIL должен компилироваться на лету. Компонентом, который транслирует код CIL в содержательные инструкции центрального процессора (ЦП), является оперативный (JIT) компилятор (иногда называемый jitter). Для каждого целевого ЦП исполняющая среда .NET Core задействует JIT-компилятор, который оптимизирован под лежащую в основе платформу.

Скажем, если строится приложение .NET Core, предназначенное для развертывания на карманном устройстве (наподобие смартфона с iOS или Android), то соответствующий JIT-компилятор будет оснащен возможностями запуска в среде с ограниченным объемом памяти. С другой стороны, если сборка развертывается на внутреннем сервере компании (где память редко оказывается проблемой), тогда JIT-компилятор будет оптимизирован для функционирования в среде с большим объемом памяти. Таким образом, разработчики могут писать единственный блок кода, который способен эффективно транслироваться JIT-компилятором и выполняться на машинах с разной архитектурой.

Вдобавок при трансляции инструкций CIL в соответствующий машинный код JIT-компилятор будет кешировать результаты в памяти в манере, подходящей для целевой ОС. В таком случае, если производится вызов метода по имени PrintDocument(), то инструкции CIL компилируются в специфичные для платформы инструкции при первом вызове и остаются в памяти для более позднего использования. Благодаря этому при вызове метода PrintDocument() в следующий раз повторная компиляция инструкций CIL не понадобится.

Предварительная компиляция кода CIL в инструкции, специфичные для платформы

В .NET Core имеется утилита под названием crossgen.exe, которую вы можете использовать для предварительной компиляции JIT своего кода. К счастью, в .NET Core 3.0 возможность производить "готовые к запуску" сборки встроена в инфраструктуру. Более подробно об этом речь пойдет позже в книге.

Роль метаданных типов .NET Core

В дополнение к инструкциям CIL сборка .NET Core содержит полные и точные метаданные, которые описывают каждый определенный в двоичном модуле тип (например, класс, структуру, перечисление), а также члены каждого типа (скажем, свойства, методы, события). К счастью, за выпуск актуальных метаданных типов всегда отвечает компилятор, а не программист. Из-за того, что метаданные .NET Core настолько основательны, сборки являются целиком самоописательными сущностями.

Чтобы проиллюстрировать формат метаданных типов .NET Core, давайте взглянем на метаданные, которые были сгенерированы для исследуемого ранее метода Add() класса Calc, написанного на C# (метаданные для версии Visual Basic метода Add() похожи, так что будет исследоваться только версия С#):

TypeDef #2 (02000003)

--------------------------------------------------------

  TypDefName: CalculatorExamples.Calc (02000003)

  Flags     :[NotPublic] [AutoLayout] [Class] [AnsiClass]

[BeforeFieldlnit] (00100000)

Роль манифеста сборки

Последний, но не менее важный момент: вспомните, что сборка .NET Core содержит также и метаданные, которые описывают ее саму (формально называемые манифестом). Помимо прочего манифест документирует все внешние сборки, которые требуются текущей сборке для ее корректного функционирования, номер версии сборки, информацию об авторских правах и т.д. Подобно метаданным типов за генерацию манифеста сборки всегда отвечает компилятор. Ниже представлены некоторые существенные детали манифеста, сгенерированного при компиляции показанного ранее в главе файла кода Calc.cs (ради краткости некоторые строки не показаны):

.assembly extern /*23000001*/ System.Runtime

{

  .publickeytoken = (ВО 3F 5F 7F 11 D5 0A ЗА ) // .?_....:

  .ver 5:0:0:0

}

.assembly extern /*23000002*/ System.Console

{

  .publickeytoken = (B0 3F 5F 7F 11 D5 0A ЗА ) // .?_....:

  .ver 5:0:0:0

}

.assembly /*20000001*/ Calc.Cs

{

  .hash algorithm 0x00008004

  .ver 1:0:0:0

}

.module Calc.Cs.dll

.imagebase 0x00400000

.file alignment 0x00000200

.stackreserve 0x00100000

Выражаясь кратко, показанный манифест документирует набор внешних сборок, требуемых для Calc.dll (в директиве .assembly extern), а также разнообразные характеристики самой сборки (вроде номера версии и имени модуля). Полезность данных манифеста будет более подробно исследоваться в главе 16.

Понятие общей системы типов

Сборка может содержать любое количество различающихся типов. В мире .NЕТ Core тип ― это просто общий термин, применяемый для ссылки на член из на­ бора {класс, интерфейс, структура, перечисление, делегат}. При построении решений на любом языке .NЕТ Core почти наверняка придется взаимодействовать со многими такими типами. Например, в сборке может быть определен класс, реализующий не­ которое количество интерфейсов. Возможно, метод одного из интерфейсов принимает перечисление в качестве входного параметра и возвращает вызывающему компоненту структуру.

Вспомните, что СТS является формальной спецификацией, которая документирует, каким образом типы должны быть определены, чтобы они могли обслуживаться .NЕТ Runtime. Внутренние детали СТS обычно интересуют только тех, кто занимается построением инструментов и/или компиляторов, предназначенных для .NЕТ Core. Однако всем программистам .NЕТ Core важно знать о том, как работать с пятью типами, определенными в CTS, на выбранных ими языках. Ниже приведен краткий обзор.

Типы классов CTS

В каждом языке .NЕТ Core поддерживается, по меньшей мере, понятие типа класса, которое является краеугольным камнем объектно-ориентированного программирования. Класс может состоять из любого количества членов (таких как конструкторы, свойства, методы и события) и элементов данных (полей). В языке С# классы объявляются с использованием ключевого слова class, примерно так:

// Тип класса С# с одним методом.

class Calc

{

  public int Add(int addendl, int addend2)

  {

    return addendl + addend2;

  }

}

Формальное знакомство с построением типов классов в С# начнется в главе 5, а пока в таблице 1.1 приведен перечень характеристик, свойственных типам классов.

Типы интерфейсов CTS

 Интерфейсы представляют собой всего лишь именованные коллекции определений и/или (начиная с версии C# 8) стандартных реализаций абстрактных членов, которые могут быть реализованными (необязательно при наличии стандартных реализаций) в заданном классе или структуре. В языке C# типы интерфейсов определяются с применением ключевого слова interface.

По соглашению имена всех интерфейсов .NET Core начинаются с прописной буквы I, как показано в следующем примере:

// Тип интерфейса C#