ILRuntime 的实现原理

ILRuntime的实现原理

ILRuntime借助Mono.Cecil库来读取DLL的PE信息，以及当中类型的所有信息，最终得到方法的IL汇编码，然后通过内置的IL解译执行虚拟机来执行DLL中的代码。

IL托管栈和托管对象栈

为了高性能进行运算，尤其是栈上的基础类型运算，如int,float,long之类类型的运算，直接借助C#的Stack类实现IL托管栈肯定是个非常糟糕的做法。因为这意味着每次读取和写入这些基础类型的值，都需要将他们进行装箱和拆箱操作，这个过程会非常耗时并且会产生巨量的GC Alloc，使得整个运行时执行效率非常低下。

因此ILRuntime使用unsafe代码以及非托管内存，实现了自己的IL托管栈。

ILRuntime中的所有对象都是以StackObject类来表示的，他的定义如下：

struct StackObject
{
    public ObjectTypes ObjectType;
    public int Value; //高32位
    public int ValueLow; //低32位
}
enum ObjectTypes
{
    Null,//null
    Integer,
    Long,
    Float,
    Double,
    StackObjectReference,//引用指针，Value = 指针地址, 
    StaticFieldReference,//静态变量引用,Value = 类型Hash， ValueLow= Field的Index
    Object,//托管对象，Value = 对象Index
    FieldReference,//类成员变量引用，Value = 对象Index, ValueLow = Field的Index
    ArrayReference,//数组引用，Value = 对象Index, ValueLow = 元素的Index
}

通过StackObject这个值类型，我们可以表达C#当中所有的基础类型，因为所有基础类型都可以表达为8位到64位的integer。对于非基础类型而言，我们额外需要一个List来储存他的object引用对象，而Value则可以存储这个对象在List中的Index。由此我们就可以表达C#中所有的类型了。

托管调用栈

ILRuntime在进行方法调用时，需要将方法的参数先压入托管栈，然后执行完毕后需要将栈还原，并把方法返回值压入栈。

具体过程如下图所示

调用前:                                调用完成后:
|---------------|                     |---------------|
|     参数1     |     |-------------->|   [返回值]    |
|---------------|     |               |---------------|
|      ...      |     |               |     NULL      |
|---------------|     |               |---------------|
|     参数N     |     |               |      ...      |
|---------------|     |
|   局部变量1   |     |
|---------------|     |
|      ...      |     |
|---------------|     |
|   局部变量1   |     |
|---------------|     |
|  方法栈基址   |     |
|---------------|     |
|   [返回值]    |------
|---------------|

函数调用进入目标方法体后，栈指针（后面我们简称为ESP）会被指向方法栈基址那个位置，可以通过ESP-X获取到该方法的参数和方法内部申明的局部变量，在方法执行完毕后，如果有返回值，则把返回值写在方法栈基址位置即可（上图因为空间原因写在了基址后面）。

当方法体执行完毕后，ILRuntime会自动平衡托管栈，释放所有方法体占用的栈内存，然后把返回值复制到参数1的位置，这样后续代码直接取栈顶部就可以取到上次方法调用的返回值了。