.NET Emit 入门教程：第六部分：IL 指令：3：详解 ILGenerator 指令方法：参数加载指令

前言：

在上一篇中，我们介绍了 ILGenerator 辅助方法。

本篇，将详细介绍指令方法，并详细介绍指令的相关用法。

在接下来的教程，关于IL指令部分，会将指令分为以下几个分类进行讲解：

1、参数加载指令：ld 开头的指令，单词为：load argument

2、参数存储指令：st 开头的指令，单词为：store

3、创建实例指令: new 开头的指令。

4、方法调用指令：call 开头的指令。

5、分支条件指令：br 开头的指令，单词为 break

6、类型转换指令：cast 或 conv 开头的指令,单词为：convert

7、运算操作指令：add/sub/mul/div/rem ,加减乘除取余。

8、其它指令

下面开始介绍第一部分，参数加载指令：

参数加载指令：

参数加载指令用于在方法中加载参数到操作数栈中，为后续的操作做准备。

当涉及 CIL（Common Intermediate Language）指令时，以 "ld" 开头的指令通常用于加载数据到操作数栈中。

以下是一些常见的以 "ld" 开头的参数加载指令及其简要说明：

ldarg：将指定索引位置的参数加载到操作数栈中。用于将方法的参数加载到操作数栈中，以便在方法中进行操作或传递给其他方法。
ldarga：将指定索引位置的参数的地址加载到操作数栈中。通常用于获取参数的地址，以便在方法中对参数进行引用传递。
ldc_X：将常量加载到操作数栈中。其中 X 可以是 I（整数）、I4（32 位整数）、I8（64 位整数）、R4（单精度浮点数）、R8（双精度浮点数）、I4_M1（-1 的特殊表示）、I4_0、I4_1、I4_2、I4_3、I4_4、I4_5（特殊整数常量）等。
ldloc：将指定索引位置的本地变量加载到操作数栈中。用于将方法内部的局部变量加载到操作数栈中，以进行后续的操作或传递给其他方法。
ldloca：将指定索引位置的本地变量的地址加载到操作数栈中。通常用于获取局部变量的地址，以便在方法中对局部变量进行引用传递。
ldfld：将对象的字段值加载到操作数栈中。用于加载对象的字段值，以便在方法中进行操作或传递给其他方法。
其它：。

这些指令提供了丰富的功能，使得在方法内部能够方便地处理参数、常量、本地变量和对象字段值。通过合理使用这些指令，可以实现对数据的灵活操作和处理。

参数加载指令：短格式和长格式

在 IL（Intermediate Language）中，有一些指令支持短格式和长格式的表示（以 “_S” 结尾代表 short 短指令，默认对应无 _S结尾的即代表长格式指令）。

短格式指令通常用于跳转到相对较近的位置，而长格式指令则可以用于跳转到较远的位置。

在实际应用中，由于 IL 的灵活性和可扩展性，编译器会根据需要自动选择合适的指令格式。

这样可以根据具体的跳转距离来选择最有效的指令格式，从而使生成的代码更加高效。

总的来说，短格式和长格式的区别在于其编码的范围，短格式指令编码的范围较小，适用于相对较近的跳转位置，而长格式指令则可以覆盖更大的跳转范围。

这种设计可以使得 IL 代码在执行时更加高效。

1、从方法传参中加载：ldarg 加载参数值

ldarg：将指定索引位置的参数加载到操作数栈中，该参数为 Load Argument（加载参数）的简写。

该参数的作用：是从指定的方法传参中获得参数值，并将该值加载到操作数栈中。

OpCodes一共提供了5个相关的指令：

Ldarg_0：0索引参数。
Ldarg_1：1索引参数
Ldarg_2：2索引参数
Ldarg_3：3索引参数
Ldarg：使用自定义索引

示例代码：

ILGenerator il = methodBuilder.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
il.Emit(OpCodes.Ldarg,2);//这里使用自定义索引
il.Emit(OpCodes.Add);
il.Emit(OpCodes.Ret);

对应生成代码：

在本段示例代码中：

Ldarg_0：代表 this 当前对象。

Ldarg_1：代码参数a

Ldarg_2：代码参数b

Ldarg_3：无。

需要注意的是：

示例中定义的是实例方法，因此 Ldarg_0 代表 this 对象，而通过 DynamicMethod 创建的方法，默认则是静态方法，Ldarg_0 则会代表参数a。

2、从方法传参中加载：ldarga 加载参数引用地址

ldarga：将指定索引位置的参数的地址加载到操作数栈中，该参数为 Load Argument Address（加载参数地址）的简写。

该参数的作用：是从指定的方法传参中获得参数的地址，并将该地址加载到操作数栈中。

OpCodes一共提供了2个相关的指令：

Ldarga：需要指定索引值。
Ldarga_S：需要指定索引值

需要注意的是，在 C# 中除了操作 ref 或 out 会涉及到引用地址，其它操作操作引用地址（操作指针）都需要在unsafe方法下。

否则强行操作，会出现以下异常，例如：

也可能是以下异常：

3、数字类型值加载：ldc_X 加载参数值

在 Common Intermediate Language（CIL）中，以 "ldc" 开头的操作码指令主要用于将常量加载到操作数栈中。

这些指令在.NET平台的程序集中起着重要的作用，用于处理常量数据的加载和操作。

以下是几种以 "ldc" 开头的常见操作码指令及其分类和用途：

1. ldc_i4 / ldc_i4_s

分类：整数常量加载指令
用途：将 32 位整数常量加载到操作数栈中。ldc_i4 指令用于加载常量值介于 -2^31 到 2^31-1 之间的整数，而 ldc_i4_s 则用于加载介于 -128 到 127 之间的整数常量。

2. ldc_i8

分类：长整数常量加载指令
用途：将 64 位长整数常量加载到操作数栈中。适用于加载大于 Int32 范围的整数常量。

3. ldc_r4 / ldc_r8

分类：浮点数常量加载指令
用途：将单精度浮点数（float）或双精度浮点数（double）常量加载到操作数栈中。ldc.r4 用于加载单精度浮点数常量，而 ldc.r8 用于加载双精度浮点数常量。

4. ldc_i4_m1 / ldc_i4_0 / ldc_i4_1 / ldc_i4_2 / ....../idc_i4_8

分类：特殊整数常量加载指令
用途：分别用于加载特定的整数常量值，例如 -1、0、1、2、......、6、7、8 等。

通过合理使用这些以 "ldc" 开头的操作码指令，开发人员可以方便地加载各种类型的常量数据到操作数栈中，为程序的运行和计算提供必要的数据支持。

下面来一个简单的示例：

ILGenerator il = dynamicMethod.GetILGenerator();
il.Emit(OpCodes.Ldc_I4, 9999);
il.Emit(OpCodes.Call, typeof(Console).GetMethod("WriteLine", new Type[] { typeof(int) }));
il.Emit(OpCodes.Ret);

运行后输出：

4、局部变量加载：ldloc 参加变量值

ldloc：将指定索引位置的本地变量加载到操作数栈中。用于将方法内部的局部变量加载到操作数栈中，以进行后续的操作或传递给其他方法。

该参数为：load local 加载本地变量的简写。

该方法需要配合辅助变量使用，这个在上一篇辅助方法中有介绍到，这里重温一下上一篇的辅助方法，定义变量的内容：

5、局部变量加载：ldloca 参数变量值引用地址

ldloca：将指定索引位置的本地变量的地址加载到操作数栈中。通常用于获取局部变量的地址，以便在方法中对局部变量进行引用传递。

该参数为：load local address 加载本地（变量、引用）地址的简写。

在C#中，操作引用地址，只能是 ref 或 out 两种方式，而操作指针（也是引用地址）则需要在unsafe 方法下才可以。

下面演示一个通过 ldloca 参数返回 out 参数的示例：

Dictionary<string, string> dic = new Dictionary<string, string>();
dic.Add("a", "aaa");
var dicType = typeof(Dictionary<string, string>);
MethodInfo getValue = dicType.GetMethod("TryGetValue");


var method = new DynamicMethod("GetValue", typeof(object), new[] { typeof(Dictionary<string, string>), typeof(string) }, typeof(Dictionary<string, string>));//
var il = method.GetILGenerator();
var outText = il.DeclareLocal(typeof(string));

il.Emit(OpCodes.Ldarg_0); // Load the dic object onto the stack
il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);//设置字段名。
il.Emit(OpCodes.Ldloca_S, outText);// 使用地址变量来接收： out 值
il.Emit(OpCodes.Callvirt, getValue);//bool a=dic.tryGetValue(...,out value)
il.Emit(OpCodes.Pop);//不需要执行的bool返回值

il.Emit(OpCodes.Ldloc_0);//加载 out 变量的值。
il.Emit(OpCodes.Ret); // Return the value

var func = (Func<Dictionary<string, string>, string, object>)method.CreateDelegate(typeof(Func<Dictionary<string, string>, string, object>));

object result = func(dic, "a");

Console.WriteLine(result);

运行结果：

说明：

对于 out 参数，加载的是地址参数，用 loca 地址指令，返回的是值，用 ldloc 值指令。

6、对像成员变量值加载：ldfld 参加载对象成员变量值

ldfld：将对象的字段值加载到操作数栈中。用于加载对象的字段值，以便在方法中进行操作或传递给其他方法，该参数为：load filed 加载字段的简写。

ldsfld：该指令用于操作静态成员变量，该参数为：load static filed 加载静态字段的简写。

下面给出一个示例，读取实例类员变量的值：

        private static void DMethod2()
        {
            MyEntity myEntity = new MyEntity() { ID = 111, Name = "hello" };
            FieldInfo idInfo = typeof(MyEntity).GetField("ID");


            var method = new DynamicMethod("GetterFunc", typeof(object), new[] { typeof(object) }, typeof(MyEntity));
            var il = method.GetILGenerator();

            il.Emit(OpCodes.Ldarg_0); // Load the input object onto the stack
            il.Emit(OpCodes.Ldfld, idInfo); // 加载 Id 成员变量的值到堆栈
            if (idInfo.FieldType.IsValueType)
            {
                il.Emit(OpCodes.Box, idInfo.FieldType); // Box the value type
            }

            il.Emit(OpCodes.Ret); // Return the value

            var func = (Func<object, object>)method.CreateDelegate(typeof(Func<object, object>));

            object result = func(myEntity);

            Console.WriteLine(result);

        }
        class MyEntity
        {
            public int ID;
            public string Name;

        }

运行结果：

注意事项：

1、在定义 DynamicMethod 方法时，最好手动指定 Owner 归属，即该动态方法归属哪个类型，否则在运行时可能会报以下错误：

2、在操作实例成员变量（取值或赋值）时，通常需要加载两个参数，第一个是对象值，第二个是对象的成员变量值。

7、其它常用型值加载：ldstr、ldnull、ldtoken

ldstr：将常量字符串值加载到操作数栈中，示例如下：

ldnull：将null值加载到操作数栈中，示例如下：

ldtoken：通常适用于将运行时状态类型加载到操作数栈中，如将 Type 类型值压到栈中。

生成的示例代码：

8、数组取值指令：Ldelem_Ix 系列指令与 Ldelem_Ref 指令

值类型数组，用：Ldelem_IX 系列指令

ILGenerator il = methodBuilder.GetILGenerator();

//创建数组
il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
il.Emit(OpCodes.Ldc_I4,0);
il.Emit(OpCodes.Ldelem_I4);
il.Emit(OpCodes.Ret); // 返回该值

生成的示例代码：

对其引用类型数组，可以用：Ldelem_Ref 指令：

ILGenerator il = methodBuilder.GetILGenerator();

//创建数组
il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
il.Emit(OpCodes.Ldc_I4,0);
il.Emit(OpCodes.Ldelem_Ref);
il.Emit(OpCodes.Ret);     // 返回该值

总结：

本篇教程深入探讨了 ILGenerator 中的参数加载指令，通过详细解释Ldarg、Ldarga、Ldloc和Ldloca 等各种指令的使用，

读者能够清晰地认识到Ld指令用于加载参数或本地变量到堆栈，而St指令用于将值从堆栈存储到参数或本地变量中。

这些指令为动态方法的生成提供了基础，帮助开发者更好地掌握IL代码的生成和调试。

下一篇，将继续介绍存储指令部分。

posted on 2024-04-02 18:15 路过秋天阅读(500) 评论(0) 编辑收藏举报

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.NET Emit 入门教程：第六部分：IL 指令：3：详解 ILGenerator 指令方法：参数加载指令

前言：

参数加载指令：

参数加载指令：短格式和长格式

1、从方法传参中加载：ldarg 加载参数值

2、从方法传参中加载：ldarga 加载参数引用地址

3、数字类型值加载：ldc_X 加载参数值

1. ldc_i4 / ldc_i4_s

2. ldc_i8

3. ldc_r4 / ldc_r8

4. ldc_i4_m1 / ldc_i4_0 / ldc_i4_1 / ldc_i4_2 / ....../idc_i4_8

4、局部变量加载：ldloc 参加变量值

5、局部变量加载：ldloca 参数变量值引用地址

6、对像成员变量值加载：ldfld 参加载对象成员变量值

7、其它常用型值加载：ldstr、ldnull、ldtoken

ldstr：将常量字符串值加载到操作数栈中，示例如下：

ldnull：将null值加载到操作数栈中，示例如下：

ldtoken：通常适用于将运行时状态类型加载到操作数栈中，如将 Type 类型值压到栈中。

8、数组取值指令：Ldelem_Ix 系列指令与 Ldelem_Ref 指令

值类型数组，用：Ldelem_IX 系列指令

对其引用类型数组，可以用：Ldelem_Ref 指令：

总结：

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前言：

参数加载指令：

参数加载指令：短格式和长格式

1、从方法传参中加载：ldarg 加载参数值

2、从方法传参中加载：ldarga 加载参数引用地址

3、数字类型值加载：ldc_X 加载参数值

1. ldc_i4 / ldc_i4_s

2. ldc_i8

3. ldc_r4 / ldc_r8

4. ldc_i4_m1 / ldc_i4_0 / ldc_i4_1 / ldc_i4_2 / ....../idc_i4_8

4、局部变量加载：ldloc 参加变量值

5、局部变量加载：ldloca 参数变量值引用地址

6、对像成员变量值加载：ldfld 参加载对象成员变量值

7、其它常用型值加载：ldstr、ldnull、ldtoken

ldstr：将常量字符串值加载到操作数栈中，示例如下：

ldnull：将null值加载到操作数栈中，示例如下：

ldtoken：通常适用于将运行时状态类型加载到操作数栈中，如将 Type 类型值压到栈中。

8、数组取值指令：Ldelem_Ix 系列指令与 Ldelem_Ref 指令

值类型数组，用：Ldelem_IX 系列指令

对其引用类型数组，可以用：Ldelem_Ref 指令：

总结：

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