C# 体系结构

C#

C#（C Sharp）是一种由微软公司开发的通用、面向对象的编程语言，它被设计用来构建.NET平台上的各种应用程序。.NET是一个软件开发框架，它提供了一系列工具和库，使开发人员能够构建各种类型的应用程序，包括桌面应用程序、Web应用程序、移动应用程序和服务等。

C#是.NET框架中最常用的编程语言之一，但并不是唯一的选择。除了C#之外，开发人员还可以使用其他语言，如Visual Basic .NET、F#等，来开发.NET应用程序。不过，由于C#的易学性、强大的功能和广泛的支持，它已经成为了.NET平台上最受欢迎的编程语言之一。

因此，C#与.NET的关系可以理解为C#是.NET框架的主要编程语言之一，而.NET提供了一个框架和平台，让开发人员能够使用各种编程语言来构建应用程序。

.NET

.NET Framework：

• .NET Framework是微软最早引入的框架，最初设计用于在Windows操作系统上构建和运行应用程序。
• 它包含了一个CLR（Common Language Runtime）的运行时环境，以及BCL（Base Class Library）等库，提供了一系列用于开发应用程序的功能和工具。
• .NET Framework主要用于传统的Windows桌面应用程序、ASP.NET Web应用程序和一些企业级应用。

.NET Core：

• .NET Core是微软在.NET Framework之后推出的另一个框架。
• 与.NET Framework不同，.NET Core是跨平台的，可以在Windows、Linux和macOS等操作系统上运行。
• 它也包含了自己的CLR和BCL，并且设计更为轻量和模块化，以适应不同的应用场景。
• .NET Core主要用于现代Web应用程序、云原生应用、微服务和跨平台开发。

整合到.NET 5及其后续版本：

• 在.NET 5.0版本之后，微软将.NET Core和.NET Framework整合到了一个新的统一平台中，即.NET 5，目前最新版为.NET 8
• 这一整合的目的是为了提供更一致的开发体验和更广泛的平台支持。

CLR

CLR（Common Language Runtime）是.NET Framework和.NET Core中的关键组件之一，它提供了一个运行时环境，使得.NET应用程序运行。

组件.NET Framework CLR 与.NET Core CLR略有不同

组件	.NET Framework CLR	.NET Core CLR
类加载器	是	是
即时编译器	是	是
代码管理器	是	是
垃圾回收器	是	是
安全引擎	是	是
调试引擎	是	是
类型检查器	是	是
异常管理器	是	是
线程支持	是	是
COM Marshaler	是	否（在.NET Core中没有直接等价的组件）
跨平台支持组件	否	是

• 类加载器（Class Loader）：负责将应用程序的汇编（包括MSIL代码和元数据）加载到内存中，为应用程序的执行做准备。
• 即时编译器（Just-In-Time Compiler，JIT）：将MSIL代码翻译成本机执行代码，以便在特定硬件平台上执行。
• 代码管理器（Code Manager）：管理应用程序代码的执行，包括控制流程和执行顺序等。
• 垃圾回收器（Garbage Collector，GC）：负责管理.NET运行时的内存分配和释放，通过自动回收不再使用的对象来防止内存泄漏。
• 安全引擎（Security Engine）：提供基于认证的安全机制，用于管理用户身份验证和授权。
• 调试引擎（Debugger）：用于开发人员调试和跟踪应用程序代码，帮助定位和修复错误。
• 类型检查器（Type Checker）：检查并禁止非安全的类型转换，以及对未初始化的变量进行访问等操作，提高代码的安全性和稳定性。
• 异常管理器（Exception Manager）：提供结构化的异常处理，与Windows结构化异常处理机制（SEH）集成，改进了错误报告和处理。
• 线程支持（Thread Support）：提供多线程编程的类和接口，用于管理和控制应用程序中的多个执行线程。
• COM Marshaler（COM列集器）：处理.NET和COM之间的互操作，包括数据类型转换和接口调用等。
• .NET基础类库（Base Class Library，BCL）：集成了大量用于开发.NET应用程序的类库和API，提供了丰富的功能和工具，简化了开发人员的工作。

CLR工作原理

编译和加载：

• 首先，源代码被编译成托管模块，这些模块是标准的 Windows 可移植执行体（PE32） 文件或 64 位 Windows 可移植执行体（PE32+） 文件（MSIL及元数据）。
• 这些托管模块需要 CLR 才能执行。

元数据：

• 语言编译器生成元数据，描述代码中的类型、成员和引用。
• 元数据与代码一起存储在 PE 文件中，每个 PE 文件都包含元数据。
• 元数据用于查找和加载类、安排实例、解析方法调用、生成本机代码、强制安全性以及设置运行时上下文边界。

生存期管理和垃圾回收：

• CLR 自动处理对象布局和管理对象引用。
• 托管数据是按照规则进行生存期管理的对象，垃圾回收器负责释放不再使用的对象，避免内存泄漏。

跨语言集成：

• 由于通用类型系统，不同语言编写的对象可以互相通信。
• 可以定义一个类，然后使用不同的语言从原始类派生出另一个类或调用原始类的方法。

版本控制和部署支持：

• 元数据确保组件或应用程序具有所需的所有内容的指定版本，避免中断。
• 注册信息和状态数据不再保存在注册表中，简化组件复制和删除任务。

IL

在C#中，IL（Intermediate Language，中间语言）是.NET平台的核心概念。编写的C#代码在编译时被转换为IL代码，也称为MSIL（Microsoft Intermediate Language）或CIL（Common Intermediate Language）。IL是一种与平台无关的中间语言，它在.NET应用程序的运行时被执行。

以下是对C#中间语言的关键概念和原理的简要介绍：

IL的生成和编译：

• 编写的C#代码通过编译器编译为IL代码。
• IL代码包含了C#代码的原始逻辑，但是与平台无关。

IL的优势：

• 平台无关性：IL代码可以在任何支持.NET的平台上运行。
• 安全性：IL代码在执行之前由托管代码执行引擎（CLR）验证，以确保类型安全和安全性。

IL指令：

• IL代码由一系列指令组成，这些指令由CLR解释和执行。
• 每个指令执行特定操作，如加载值到堆栈、执行算术操作、调用方法等。

IL的阅读：

• 可以使用IL反汇编器（如ILSpy）查看编译后的IL代码。
• 这有助于理解C#代码如何转换为IL代码，以及更深入地理解.NET运行时的工作原理。

JIT编译：

• 当.NET应用程序启动时，CLR将IL代码编译为特定平台的本机代码。
• 这称为即时（Just-In-Time）编译，将IL代码转换为适用于当前系统架构的本机机器代码。

反编译和保护：

• IL代码可以被反编译为高级语言或其他语言。
• 为了保护知识产权，可以使用代码混淆技术来混淆IL代码，增加反编译的难度。