步步为营C#技术漫谈三、公共语言运行库(CLR)

概述

.NET Framework的核心是其运行库的执行环境,称为公共语言运行库(CLR)或.NET运行库.通常将在CLR的控制下运行的代码称为托管代码(managed code).

但是,在CLR执行编写好的源代码之前,需要编译它们(在C#中或其它语言中).在.NET中,编译分为两个阶段:

1、把源代码编译为Microsoft中间语言（IL）。

2、CLR把IL编译为平台专用的代码。

这个两阶段的编译过程非常重要，因为Microsoft中间语言（托管代码）是提供.NET的许多优点的关键.

.NET平台的整体结构:

.NET平台的整体结构

NET Framework是架构在Windows平台上的一个虚拟的运行平台，你可以想象将最下层Windows换做其他的操作系统，例如说Linux,一样可以实现使用符合CLS(Common Language Specification,通用语言规范)的.NET语言，(VB.NET、C#、JScript.NET等)，来创建ASP.NET或Windows Form（可能会叫Linux Forms）应用程序的功能，这其实就是Mono计划要实现的功能。所以可以这么认为，理论上，C#是一种可以跨平台的语言，这很象Java。C#另一个比较象Java的地方是，它也是一种（特殊意义上的）语言，同Java一样，C#编写的程序代码也是先通过C#编译器编译为一种特殊的字节代码， (Microsoft Intermediate Language,MSIL，微软)中间语言，运行时再经由特定的编译器（JIT编译器，Just In tIME, JITer）编译为机器代码，以供操作系统执行.
不仅是C#语言，所有.NET语言(将会包括我们常用的几十种现代的编码语言)都可以编写面向CLR的程序代码，这种代码在.NET中被称为托管代码(Managed Code)，所有的Managed Code都直接运行在CLR上，具有与平台无关的特性。

解释性的语言很安全，并且可以通过他的运行平台为其赋予更多的功能，例如自动内存管理，异常处理等.

CLR结构图

C#所具有的许多特点都是由CLR提供的，如类型安全(Type Checker)、垃圾回收（Garbage Collector）、异常处理(Exception Manager)、向下兼容(COM Marshaler)等，具体的说，.NET上的CLR为开发者提供如下的服务：
1、平台无关：CLR实际上是提供了一项使用了虚拟机技术的产品，他构架在操作系统之上，并不要求程序的运行平台是 Windows系统，只要是能够支持它的运行库的系统，都可以在上面运行.NET应用。所以，一个完全由托管代码组成的应用程序，只要编译一次，就可以在任何支持.NET的平台上运行.
2、跨语言集成：CLR语序开发这以任何语言进行开发，用这些语言开发的代码，可以在CLR环境下紧密无缝的进行交叉调用，例如，可以用VB声明一个基类对象，然后在C#代码中直接创建次基类的派生类。
3、自动内存管理：CLR提供了拉架收集机制，可以自动管理内存。当对象或变量的生命周期结速后，CLR会自动释放他们所占用的内存.
4、跨语言应用

当编程人员在用自己喜欢的编程语言写源代码的时候, 这个源代码在被转化成媒介语言（IL）之前，先被编译成了一个独立的可执行单元（PE）。这样无论你是一个VB。NET程序员，或一个C#程序员，甚至是使用托管的C++的程序员。只要被编译成IL就是同等的。首先，编译输出的exe是一个由中间语言（IL），元数据(Metadata)和一个额外的被编译器添加的目标平台的标准可执行文件头（比如Win32平台就是加了一个标准Win32可执行文件头）组成的PE（portable executable，可移植执行体）文件，而不是传统的二进制可执行文件--虽然他们有着相同的扩展名。中间语言是一组独立于CPU的指令集，它可以被即时编译器Jitter翻译成目标平台的本地代码。中间语言代码使得所有Microsoft.NET平台的高级语言C#,VB.NET，VC.NET等得以平台独立，以及语言之间实现互操作。元数据是一个内嵌于PE文件的表的集合。
5、版本控制

由于使用了元数据，所以你可以使用XCOPY简单的复制就可以了，而CLR也可以在运行时期读取元数据，以确保多版本程序运行在同一进程中。使用公共语言运行库的程序集的所有版本控制都在程序集级别上进行。一个程序集的特定版本和依赖程序集的版本在该程序集的清单中记录下来。除非被配置文件（应用程序配置文件、发行者策略文件和计算机的管理员配置文件）中的显式版本策略重写，否则运行库的默认版本策略是，应用程序只与它们生成和测试时所用的程序集版本一起运行。
6、.NET安全

.NET提供了一组安全方案。负责进行代码的访问安全性检查。允许我们对保护资源和操作的访问。代码需要经过身份确认和出处鉴别后才能得到不同程度的信任。安全策略是一组可配置的规则，公共语言运行库在决定允许代码执行的操作时遵循此规则。安全策略由管理员设置，并由运行库强制。运行库确保代码只能访问安全策略允许的资源和调用安全策略允许的代码。每当发生加载程序集的尝试时，运行库就使用安全策略确定授予程序集的权限。在检查了描述程序集标识的信息（称为证据）后，运行库使用安全策略决定代码的信任程度和由此授予程序集的权限。证据包括但不仅限于代码的出版商、它的站点以及它的区域。安全策略还确定授予应用程序域的权限。
7、简单的组件互操作性。
8、自描述组件：自描述组件是指将所有数据和代码都放在一个文件中的执行文件。自描诉组件可以大大简化系统的开发和配置，并且改进系统的可靠性。

通用语言运行时(CommonLanguageRuntiome,CLR)最早被称为下一代Windows服务运行时(NGWS Runtime).它是直接建立在操作系统上的一个虚拟环境，主要的任务是管理代码的运行。CLR现在支持几十种现代的编程语言为它编写代码，然后以一种中间语言(Intermediate Langeoage,IL)代码的形成被执行。并且，CLR还提供了许多功能以简化代码的开发和应用配置，同时也改善了应用程序的可靠性。如你所知，如果某种语言的编译器是以运行时为目标的，那么利用该语言开发生成的代码在.NET中被称为托管代码，因为这样的代码是直接运行在CLR上的，所以具有与平台无关的特点。

在.NET平台结构图中，CLR的上面是.NET的基类库，这组基类库包括从基本输入输出到数据访问等各方面，提供了一个统一的面向对象的，层次化的，可扩展的编程接口。从.NET平台结构图中也可以看到，基类库可以被各种语言调用和扩展,也就是说不管是 C#，VB.NET还是VC++.NET,都可以自由的调用，.NET的类库，因为C#自身只有77个关键字，而且语法对程序员来说无需费工夫学习。 BCL则相反，它包含了4500个以上的类和无数的方法，属性，在你的C#程序中随时都可能会用到它来完成自己的任务.

还有一个很重要的概念你需要明白，这就是公共语言架构(Common Language Infrastructure,CLI).CLI是CLR的一个子集，也就是.NET中最最终对编译成MSIL代码的应用程序的运行环境进行管理的那一部分。在CLR结构图中CLI位于下半部分，主要包括类加载器（Class Loader）、实时编译器（IL To Native Compilers）和一个运行时环境的垃圾收集及将使用任何语言编写的代码，通过其特定的编译器转换为MSIL代码之后运行其上，甚至还可以自己写 MSIL在CLI上运行.

9、调用和配置

当运行库试图解析对另一个程序集的引用时，就开始进行定位并绑定到程序集的进程。该引用可以是静态的，也可以是动态的。在生成时，编译器在程序集清单的元数据中记录静态引用。动态引用是由于调用各种方法而动态构造的，例如 System.Reflection.Assembly.Load 方法。引用程序集的首选方式就是使用完全引用，包括程序集名称、版本、区域性和公钥标记（如果存在）。运行库就会使用这些信息来定位程序集。无论引用是对静态程序集的引用还是对动态程序集的引用，运行库均使用相同的解析过程。还可通过向调用方法仅提供有关程序集的部分信息的方式（例如仅指定程序集名称），对程序集进行动态引用。在这种情况下，仅在应用程序目录下搜索程序集，不进行其他检查。您可以使用不同加载程序集方法中的任何方法（例如 System.Reflection.Assembly.Load 或 AppDomain.Load）进行部分引用。如果希望运行库在全局程序集缓存和应用程序目录下检查引用的程序集，可以用 System.Reflection.Assembly.LoadWithPartialName 方法指定部分引用。最后，可以使用诸如 System.Reflection.Assembly.Load 之类的方法进行动态引用并只提供部分信息；然后在应用程序配置文件中用 <qualifyAssembly> 元素限定该引用。该元素使您可以在应用程序配置文件中而不是在代码中提供完全引用信息，包括名称、版本、区域性和公钥标记（如果适用）。如果要在应用程序目录外完全限定对某个程序集的引用，或者如果要引用全局程序集缓存中的程序集，但又希望方便地在配置文件中而不是在代码中指定完全引用，就可以采用这一技术。

10、GC

一个跟踪过程，它传递性地跟踪指向当前使用的对象的所有指针，以便找到可以引用的所有对象，然后重新使用在此跟踪过程中未找到的任何堆内存。公共语言运行库垃圾回收器还压缩使用中的内存，以缩小堆所需要的工作空间。垃圾收集器的基本算法很简单： ● 将所有的托管内存标记为垃圾 ● 寻找正被使用的内存块，并将他们标记为有效 ● 释放所有没有被使用的内存块 ● 整理堆以减少碎片

CLR的基本特性

1、与本机代码无关 ——— MSIL （中间语言）

2、让我们使用同一种语言 ——— CLR （公共语言运行时）

3、我们手中的零件 ——— Assembly （装配件）

4、让我们在同一个系统中运行 ——— CTS （通用类型系统）

5、宇宙大爆炸后

补充：Web开发 , ASP.Net ,