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直接使用汇编编写 .NET Standard 库

發(fā)布時(shí)間：2023/12/4 asp.net 49 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了直接使用汇编编写 .NET Standard 库小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

前言

Common Language Runtime（CLR）是一個(gè)很強(qiáng)大的運(yùn)行時(shí)，它接收 Common Intermediate Language（CIL）的輸入并最終產(chǎn)生機(jī)器代碼并執(zhí)行。CIL 在 CLR 上相當(dāng)于 ASM 匯編代碼的存在。

CLR 之上的語言 C#、F#、VB.NET 等語言的類型系統(tǒng)固然設(shè)計(jì)得不錯，但是有的時(shí)候我們需要一些操作繞過類型系統(tǒng)的檢查，或者有的時(shí)候語言本身并不能滿足我們的需求。

需要使用 CIL 的常見場景：

我們需要繞過類型系統(tǒng)，在類型系統(tǒng)上面 “開洞”。

我們需要優(yōu)化程序的性能，直接使用 CIL 編程可以如同使用匯編一樣完全的控制程序的邏輯，對程序進(jìn)行人肉優(yōu)化。

直接利用 C#、F# 等語言編譯成的 CIL 有其獨(dú)特的模式，容易被反編譯軟件從 CIL 還原為源代碼，而如果直接采用 CIL 編程則很容易避開編譯器生成代碼的固有模式，使得代碼無需進(jìn)行任何混淆即可讓所有反編譯器失效。

需要注意：CLR 的 JIT 部分優(yōu)化依賴于 CIL 的特定模式，直接采用 CIL 進(jìn)行編程而不利用 C# 等語言的編譯器生成特定模式的 CIL 可能導(dǎo)致優(yōu)化失效，如向量化、模式匹配緩存和常數(shù)時(shí)間優(yōu)化等，因此在直接使用 CIL 進(jìn)行編程時(shí)最好對 CLR 的 JIT 有一定了解，以規(guī)避潛在的性能問題，JIT 的源代碼在 https://github.com/dotnet/runtime/tree/master/src/coreclr/src/jit。

準(zhǔn)備工作

首先我們創(chuàng)建一個(gè) .NET Standard 項(xiàng)目：

mkdir MyILProject cd MyILProject dotnet new classlib

然后創(chuàng)建?global.json?和?nuget.config?文件用于配置 SDK：

dotnet new global dotnet new nuget

將?global.json?的內(nèi)容修改為如下，添加 IL SDK 來源：

{"msbuild-sdks": {"Microsoft.NET.Sdk.IL": "3.0.0-preview-27318-01"} }

然后打開?nuget.config，將內(nèi)容修改如下，添加 .net core myget 源：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <configuration><packageSources><add key="dotnet-core" value="https://dotnet.myget.org/F/dotnet-core/api/v3/index.json" /></packageSources> </configuration>

之前創(chuàng)建的為 C# 類庫項(xiàng)目，但是我們此時(shí)需要的是 IL 類庫項(xiàng)目，因此將?MyILProject.csproj?文件重命名為?MyILProject.ilproj。

打開?MyILProject.ilproj?文件，引入 IL SDK，并添加一系列的屬性（如：輸出類型、優(yōu)化選項(xiàng)、工具鏈等）：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk.IL"><PropertyGroup><OutputType>Library</OutputType><TargetFramework>netstandard2.1</TargetFramework><DebugOptimization>IMPL</DebugOptimization><DebugOptimization Condition="'$(Configuration)' == 'Release'">OPT</DebugOptimization><MicrosoftNetCoreIlasmPackageVersion>3.0.0-preview-27318-01</MicrosoftNetCoreIlasmPackageVersion></PropertyGroup></Project>

至此，萬事俱備

第一個(gè)文件

我們刪除掉原有的 C# 代碼文件?Class1.cs，創(chuàng)建代碼文件?Class1.il，并添加以下 CIL 代碼并保存：

.assembly MyILProject {.ver 1:0:0:0 }.module MyILProject.dll.class public auto ansi sealed MyILProject.Class1extends [System]System.Object {.method public hidebysig static int32 Hello(int32) cil managed{.maxstack 4ldstr "Hello World!"call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)ldarg.0ret} }

以上代碼中，.assembly?標(biāo)識了程序集名稱，.module?標(biāo)識了模塊名稱，一般來說這兩個(gè)名字和項(xiàng)目名稱保持一致。

然后我們創(chuàng)建了一個(gè)?class?Class1，位于?MyILProject?這個(gè)?namespace?下，該?class?為?public sealed?的，且繼承自?System.Object。

最后我們添加了一個(gè)靜態(tài)方法?int Hello(int)，該方法調(diào)用?System.Console.WriteLine?輸出字符串?Hello world!，然后加載參數(shù)的值后返回該值。

測試代碼

我們在上級目錄創(chuàng)建一個(gè)測試項(xiàng)目試試：

cd .. mkdir Test cd Test dotnet new console dotnet add reference ../MyILProject

然后修改?Program.cs：

using System; using MyILProject;namespace Test {class Program{static void Main(string[] args){Console.WriteLine(Class1.Hello(25));}} }

運(yùn)行

dotnet run

可以看到輸出為：

Hello world! 25

與我們所期望的一致。

然后我們試一下實(shí)例化?Class1：

var x = new Class1();

卻發(fā)現(xiàn)報(bào)錯：

Program.cs(10,28): error CS1729: 'Class1' does not contain a constructor that takes 0 arguments [...\Test.csproj]

這是因?yàn)?#xff0c;我們沒有為這個(gè)類創(chuàng)建構(gòu)造方法，那么很簡單，我們只需要加一個(gè)構(gòu)造方法即可，要注意構(gòu)造方法特有的方法名為?.ctor：

.method public hidebysig specialname rtspecialname instance void .) cil managed {.maxstack 8ldarg.0call instance void [System.Private.CoreLib]System.Object::.ctor()nopret }

然后就可以成功調(diào)用了！

添加引用

你會發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，上述代碼雖然能正常運(yùn)行，但是編譯的時(shí)候卻存在警告：

CopyClass.il(9): warning : Reference to undeclared extern assembly 'mscorlib'. Attempting autodetect [...\MyILProject.ilproj] Class.il(15): warning : Reference to undeclared extern assembly 'System.Console'. Attempting autodetect [...\MyILProject.ilproj] Class.il(26): warning : Reference to undeclared extern assembly 'System.Private.CoreLib'. Attempting autodetect [...\MyILProject.ilproj]

這是因?yàn)槲覀儾]有聲明我們引入的庫?mscorlib，System.Console?和?System.Provate.CoreLib，所幸的是，因?yàn)檫@些是 .NET Core SDK 中自帶的庫因此編譯器可以自動查找并補(bǔ)上引用，所以沒有報(bào)錯，否則運(yùn)行的時(shí)候會拋出異常：?System.IO.FileNotFoundException: Could not load file or assembly xxxxx

如果想消除這些警告，我們可以創(chuàng)建一個(gè)頭文件引用這些庫，然后在 CIL 代碼文件的頭部?#include?頭文件，示例如下：

在?MyILProject?中新建?include?文件夾，創(chuàng)建一個(gè) include.h：

.assembly extern System.Runtime {.publickeytoken = ( B0 3F 5F 7F 11 D5 0A 3A ).ver 4:0:0:0 }.assembly extern System.Console {.publickeytoken = ( B0 3F 5F 7F 11 D5 0A 3A ).ver 4:0:0:0 }.assembly extern System.Private.CoreLib {.publickeytoken = ( B0 3F 5F 7F 11 D5 0A 3A ).ver 4:0:0:0 }

然后在?Class1.il?頭部加一行?#include "include.h"?包含該文件。

最后修改?MyILProject.ilproj，將?include?文件夾加入?INCLUDE?查找目錄（-INCLUDE=...）：

這次我們再次嘗試編譯，就不會報(bào)錯了。

CLI

上面的內(nèi)容只簡單的使用了一些 CIL 語法，然而 CIL 也是非常強(qiáng)大的，包含有很多內(nèi)容，具體可以參考 Common Language Infrastructure（CLI），這部分的內(nèi)容包含在標(biāo)準(zhǔn) ECMA-355 中，截至本文發(fā)布，最新的 CLI 標(biāo)準(zhǔn)版本是 2012 年發(fā)布的第六版。

ECMA-355：https://www.ecma-international.org/publications/standards/Ecma-335.htm ，歡迎各位讀者前去閱讀。

應(yīng)用案例

.NET BCL 中提供了一個(gè)特殊的庫：System.Runtime.CompilerServices.Unsafe，這個(gè)庫允許你無視 C# 的類型系統(tǒng)進(jìn)行各種類型轉(zhuǎn)換等的騷操作，這是你用 C# 無論如何都不可能寫出來的，官方也知道這一點(diǎn)，因此該庫完全是直接使用 CIL 編寫的，源代碼可參考：https://github.com/dotnet/runtime/blob/master/src/libraries/System.Runtime.CompilerServices.Unsafe/src/System.Runtime.CompilerServices.Unsafe.il