深度理解C# 的执行原理

**欢迎大家前往[腾讯云+社区](https://cloud.tencent.com/developer/?fromSource=waitui)，获取更多腾讯海量技术实践干货哦~** > 本文由[鹅厂优文](https://cloud.tencent.com/developer/user/1122790?fromSource=waitui)发表于[云+社区专栏](https://cloud.tencent.com/developer/column/2305?fromSource=waitui) - [从编译原理说起](javascript:;) - [虚拟机是什么](javascript:;) - [C# 是什么，IL 又是什么](javascript:;) - [.Net Framework vs Mono](javascript:;) - [Unity3D 中的 C#](javascript:;) - [小结](javascript:;) > 作者：易立 | 腾讯IEG高级工程师 **为什么 Unity3D 可以运行 C#，C# 和 Mono 是什么关系，Mono 和 .Net Framework 又是什么关系？我们深入的来聊一聊这个话题！** # **从编译原理说起** 一句话介绍编译器：编译器是将用某种程式语言写成的源代码（源语言），转换成另一种程式语言（目标语言）等价形式的程序。通常我们是将某种高级语言（如C、C++、C# 、Java）转换成低级语言（汇编语言、机器语言）。 编译器以流水线的形式进行工作，分为几个阶段：源代码 → 词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 目标代码 → 链接 → 可执行文件。现代编译器还会更复杂，中间会增加更多的处理过程，比如预处理器，中间代码生成，代码优化等。  # 虚拟机是什么 虚拟机（VM），简单理解，就是可以执行特定指令的一种程序。为了执行指令，还需要一些配套的设施，如寄存器、栈等。虚拟机可以很复杂，复杂到模拟真正的计算机硬件，也可以很简单，简单到只能做加减乘除。 在编译器领域，虚拟机通常执行一种叫中间代码的语言，中间代码由高级语言转换而成，以 Java 为例，Java 编译后产生的并不是一个可执行的文件，而是一个 ByteCode （字节码）文件，里面包含了从 Java 源代码转换成等价的字节码形式的代码。Java 虚拟机（JVM）负责执行这个文件。 虚拟机执行中间代码的方式分为 2 种：解释执行和 JIT（即时编译）。解释执行即逐条执行每条指令，JIT 则是先将中间代码在开始运行的时候编译成机器码，然后执行机器码。由于执行的是中间代码，所以，在不同的平台实现不同的虚拟机，都可以执行同样的中间代码，也就实现了跨平台。 ```javascript int run(context* ctx, code* c) { for (cmd in c->cmds) { switch (cmd.type) { case ADD: // todo add break; case SUB: // todo subtract break; // ... } } return 0; } ``` 总结一下，虚拟机本身并不跨平台，而是语言是跨平台的，对于开发人员来说，只需要关心开发语言即可，不需要关心虚拟机是怎么实现的，这也是 Java 可以跨平台的原因，C# 也是同样的。推而广之，理论上任何语言都可以跨平台，只要在相应平台实现了编译器或者虚拟机等配套设施。 # C# 是什么，IL 又是什么 C# 是微软推出的一种基于 .NET 框架的、面向对象的高级编程语言。微软在 2000 年发布了这种语言，希望借助这种语言来取代Java，更多详细的介绍可以参看 [C#](https://zh.wikipedia.org/zh-hans/C%E2%99%AF) Wiki。 C# 是一个语言，微软给它定制了一份语言规范，提供了从开发、编译、部署、执行的完整的一条龙的服务，每隔一段时间会发布一份最新的规范，添加一些新的语言特性。从语法层面来说，C# 是一个很完善，写起来非常舒服的语言。 C# 和 Java 类似，C# 会编译成一个中间语言（CIL，Common Intermediate Language，也叫 MSIL），CIL 也是一个高级语言，而运行 CIL 的虚拟机叫 CLR（Common Language Runtime）。通常我们把 C#、CIL、CLR，再加上微软提供的一套基础类库称为 .Net Framework。  C# 天生就是为征服宇宙设计的，不过非常遗憾，由于微软的封闭，这个目标并没有实现。当然 C# 现在还过得很好，因为游戏而焕发了新的活力，因为 Unity3D，因为 Mono。 # .Net Framework vs Mono Mono 是跨平台的 .Net Framework 的实现。Mono 做了一件很了不起的事情，将 CLR 在所有支持的平台上重新实现了一遍，将 .Net Framework 提供的基础类库也重新实现了一遍。  以上，Compile Time 的工作实际上可以直接用微软已有的成果，只要将 Runtime 的 CLR 在其他平台实现，这个工作量不仅大，而且需要保证兼容，非常浩大的一个工程，Mono 做到了，致敬！ # Unity3D 中的 C# Unity3D 内嵌了一个 Mono 虚拟机，从上文可以知道，当实现了某个平台的虚拟机，那语言就可以在该平台运行，所以，严格的讲，Unity3D 是通过 Mono 虚拟机，运行 C# 通过编译器编译后生成的 IL 代码。 Unity3D 默认使用 C# 作为开发语言，除此之外，还支持 JS 和 BOO，因为 Unity3D 开发了相应的编译器，将 JS 和 BOO 编译成了 IL。 # 小结 C# 在 Windows 下，是通过微软的 C# 编译器，生成了 IL 代码，运行在 CLR 中。 C# 在除 Windows 外的平台下，是通过 Mono 的编译器，生成了 IL 代码，运行在 Mono 虚拟机中，也可以直接运行将已经编译好的 IL 代码（通过任意平台编译）。 理论上，你创造了一门语言，并且实现了某一平台下的编译器，然后实现了所有平台下符合语言规范的虚拟机，你的语言就可以运行在任意平台啦。 >**问答** > >[C＃删除属性XML？](https://cloud.tencent.com/developer/ask/177768?fromSource=waitui) > >**相关阅读** > >[深入浅出Lua虚拟机](https://cloud.tencent.com/developer/article/1092005?fromSource=waitui) > >[开发效率太低?您可能没看这篇文章](https://cloud.tencent.com/developer/article/1139503?fromSource=waitui) > >[【DataMagic】如何在万亿级别规模的数据量上使用Spark](https://cloud.tencent.com/developer/article/1092587?fromSource=waitui) > >[【每日课程推荐】机器学习实战！快速入门在线广告业务及CTR相应知识](https://cloud.tencent.com/developer/edu/course-1128?fromSource=waitui) **此文已由作者授权腾讯云+社区发布，更多原文请[点击](https://cloud.tencent.com/developer/article/1134387?fromSource=waitui )** **搜索关注公众号「云加社区」，第一时间获取技术干货，关注后回复1024 送你一份技术课程大礼包！** 海量技术实践经验，尽在[云加社区](https://cloud.tencent.com/developer?fromSource=waitui)！