第一章：Microsoft .net 框架開發平臺體系架構



本章的目標：對.net框架體系架構有一個總體的認識，并對.net框架中出現的一些新的技術和術語有一個基本的了解。



1.1 將源代碼編譯為托管模塊

關于編程語言的選擇

.net框架的核心是通用語言運行時，顧名思義它是一個可被各種不同的編程語言所使用的運行時。CLR的很多特性可用于所有面向它的編程語言，如果CLR用異常來報告錯誤，那么所有面向它的語言都將通過異常來得到錯誤報告。如果CLR允許我們創建線程，那么所有面向它的語言也都可以創建線程。

實際上CLR在運行時對開發人員用何種編程語言來完成源代碼一無所知。這意味著我們應該選擇那些能夠最容易表達我們意圖的編程語言。我們可以用任何自己喜歡的語言（面向CLR的）來編寫代碼。

不同的編程語言允許我們使用不同的語法進行開發，不同的語法對于我們解決各種問題的難易程度是有影響的，例如：對于數學或者金融應用，彩用APL語法更快。



微軟已經創建了以下幾種面向CLR的編譯器 ：

托管擴展C++

C#

Visual Basic

Jscript

J#

IL匯編器



我們可以用任何支持CLR的編程語言來創建源代碼文件。然后用相應的編譯器來做語法檢查和源代碼分析。最后生成托管橡塊。



托管模塊



托管模塊是一個需要CLR才能執行的標準Windows可移植可執行(Portable executable,簡稱PE)文件。



托管模塊的組成部分：

l PE表頭

標準Windows PE文件表頭，類似于通用對像文件格式表頭。該表頭指出了文件的類型：GUI(圖形用戶界面)，CUI(控制臺用戶界面)，或者DLL. 此處的DLl并非我們理解的傳統的windows 動態鏈接庫文件，雖然都叫DLL，但,net平臺中的DLL指程序集文件的一種形式），該表頭還包含文件創建時間。對于包含CPU代碼的模塊，該表頭還會包含有關本地CPU代碼的一些信息



l CLR表頭

包含標識托管模塊的一些信息（可以被CLR或者一些實用工具解析）。

1、 CLR版本號

2、 托管模塊入口點方法（Main方法）的元數據標記

3、 托管模塊的元數據標記

4、 資源

5、 強命名

6、 其他一些意義不是太大的信息的位置和尺寸



l 元數據

每個托管模塊都包含有一些元數據表。元數據表主要分兩種，一種用于描述源代碼中定義的類型和成員，一種用于描述源代碼中的引用類型和成員。



l 中間語言（IL）和代碼

編譯器在編譯源代碼是產生的指令。CLR在運行時會將IL代碼編譯成本地CPU指令



元數據（metadata）就是一個數據表的集合，在這些表中，其中一些用于描述托管模塊中所定義的內容（比如所定義的類型和它們的成員，另外一些用于描述托管模塊中引用的內容（比如被引用的類型和它們的成員）。元數據總是和包含IL代碼的的文件相關聯。



元數據的用處：

1、 省去了源代碼編譯時對頭文件和庫文件的需求，

2、 Visual Studio .Net可以利用元數據來輔助我們編寫代碼。智能感知就是這樣做的。

3、 可以序列化和反序列化

4、 垃圾收集器可以追蹤對像的生存期。





1.2 將托管模塊組合為程序集

CLR實際上并不和托管模塊打交道，它直接打交道的對象是程序集（assembly）.程序集是一個抽象的概念，剛開始往往很難理解。首先，程序集是一個或多個托管模塊，以及一些資源文件的邏輯組合。其次，程序集是組件復用，以及實施安全策略和版本的最小單位。根據我們對編譯器和相關工具所做的選擇，程序集可以是一個文件或者多個文件。

默認情況下，編譯器會將產生的托管模塊轉換為一個程序集。也就是說，c#編譯器產生的是一個我包含了清單的托管模。其中的清單表明程序集中僅包含一個文件。對于僅包含一個托管模塊，并且沒有資源（或者數據）文件的項目來說，程序集就是托管模塊，而且在創建過程中，不需要執行任何其他的步驟。

程序集中的模塊還包含它所引用的程序集的一些信息（如版本號信息）。這些信息使得一個程序集得以實現自描述（self-describing）。換句話說，CLR知道執行一個程序集所需要的所有內容，它不需要再在注冊表或者活動目錄中獲取額外的信息。因此，程序集的部署要比非托管組件的部署容易得多。

1.3加載通用語言運行時

一個程序集或者是一個可執行應用程序，或者是一個包含供可執行應用程序使用的一組類型（組件）的DLL。CLR負責管理包含在程序集中的代碼的執行。這意味著宿主機器必須安裝.net框架。微軟已經創建了一個可以將.net框架免費安裝到客戶機上的分發包。.net框架最終會和將來的Windows打包在一起，這樣我們就不需要將它和我們的程序集放在一起來發布了。

我們可以通過在%windir%\system32目錄下查找MSCorEE.dll文件來判斷一個機器中是否安裝了.NET框架。如果想確定一個機器中安裝了哪些版本的.NET框架，可以查看下面的注冊表鍵的子鍵：

HKEY_LOCAL_MACHINE \ SOFTWARE \ Microsoft \ .NETFramework \ policy



當生成一個EXE程序集時，編譯器／鏈接器會產生一些特殊的信息，并將它們嵌入到結果程序集的PE文件表頭及其各個組成文件的.text部分。當EXE文件被調用時，這些特殊的信息將導致CLR被加載并初始化。CLR隨后會定位至應勝程序的入口點方法，從面以此來啟動應用程序。



類似地，如果是一個非托管應用程序通過調用LoadLibrary來加載一個托管程序集，那么該托管程序集DLL的入口點函數也會知道去加載CLR來處理包含在其中的代碼。



托管EXE加載并初始化CLR的過程

1. MSCorEE檢查CLR表頭以獲得Main方法的元數據標記。

2. MSCorEE 檢查Main方法的元數據以獲得其IL在托管EXE中的位置。

3. MSCorEE 將Main方法的IL編譯成本地CPU指令。

4. MSCorEE跳轉到Main方法編譯后的本地CPU指令上（使用主線程）

5. 應用程序開始運行。



托管DLL的情形