.NET или Кому это надо? Часть 2. Основные составные части .NET

Автор: Arhangel

CLR, CTS, и CLS.

1) CLR (Common Language Runtime - стандартная среда выполнения для языков). Как видно из названия, CLR отвечает на исполняемую среду. CLR отвечает за обнаружение и загрузку типов, а также за выполнение операций по распределению памяти, межъязыковым взаимодействием и развертыванием.

2) CTS (Common Type System - Стандартная система типов).
CTS полностью описывает типы, поддерживаемые CLR. Также CTS как типы данных будут взаимодействовать с другими типами данных, и как они будут представляться в формате метаданных.

3) CLS (Common Language Specification - Стандартная языковая спецификация).
CLS - это набор правил, определяющих, какие типы данных могут быть использованы во всех языках .NET без каких-либо конфликтов. Ведь не во всех языках программирования обязательно должны поддерживаться все типы данных, определенные в CTS. Однако, если Вы создаете пользовательские типы данных на основе типов данных из CLS, то это гарантирует пригодность этих типов для любых языков из семейства .NET.

Пример:
Visual Basic .NET
Dim myInteger as Integer;

Visual C#
int myInteger;

В этом примере оба типа "int" и "Integer" CLR преобразует в стандартный тип System.Int32. Тип System.Int32 определен как в CTS (стандартный тип), так и в CLS (общий тип для всех языков из семейства .NET).

Библиотека базовых классов .NET

Содержимое этой библиотеки действительно впечатляет. Здесь есть встроенные типы для работы с базами данных, работы с XML, обеспечения безопасности приложения во время выполнения, разработки программ под Web и многое другое.

Двоичные файлы .NET (сборки)

Сборка - это содержимое модуля DLL или EXE, откомпилированного для платформы .NET. Содержимое сборки представлено на языке IL (подробнее про MSIL см. ниже).
Помимо инструкций IL двоичные модули .NET содержат также метаданные. Они описывают все типы данных, используемые в сборке. Т.е. если у Вас в сборке есть класс MyClass, то метаданные будут содержать: базовый класс для MyClass, интерфейсы MyClass, а также полное описание всех методов, свойств и событий этого класса.
Метаданные также описывают и саму сборку. Эта часть данных называется манифестом. Манифест содержит информацию о версии сборки, о политике безопасности для данной сборки, о поддерживаемых естественных языках. Также в манифест включается полный список внешних сборок, которые потребуются для нормального выполнения.

Роль Microsoft Intermediate Language.

Microsoft Intermediate Language (MSIL или просто IL) - это промежуточный язык Microsoft. IL-код не зависит от платформы, на которой выполнятся приложение. Т.е. компилятор .NET генерирует IL-код в независимости от того, какой язык программирования использовался для написания кода. Назначение IL концептуально схоже с байт-кодом в Java. IL-код компилируется в платформенно-зависимые инструкции только когда это необходимо, т.е. при обращении к коду (например, при вызове метода) среды выполнения .NET.

Для наглядности вышесказанного рассмотрим пример (см. книгу Эндрю Троелсена "C# и платформа .NET"):

Есть следующая функция на C#:
public int Add(int x, int y)
{
return (x + y);
}
Если просмотреть (с помощью интерактивного дизассемблера ILDASM) IL-код, связанный с функцией Add, то получим:
.method public hidebysig int32 Add(int32 x, int32 y) il managed
{
.maxstack 2
.locals ([0] int32 V_0)
IL_0000: ldarg.1
IL_0001: ldarg.2
IL_0002: add
IL_0003: stloc.0
IL_0004: br.s IL_0006
IL_0006: ldloc.0
IL_0007: ret
}

Теперь рассмотрим эту же функцию, написанную на Visual Basic .NET
Public Function Add(ByVal x As Integer, ByVal y As Integer) As Integer
Return (x + y)
End Function

IL-код будет иметь вид:
.method public instance int32 Add(int32 x, int32 y) il managed
{
.maxstack 2
.locals ([0] int32 Add)
IL_0000: nop
IL_0001: ldarg.1
IL_0002: ldarg.2
IL_0003: add.ovf
IL_0004: stloc.0
IL_0005: nop
IL_0006: br.s IL_0008
IL_0008: nop
IL_0009: ldloc.0
IL_000a: ret
}

Сразу видно сходство IL-кода несмотря на то, что использовались различные языки программирования. Главное идея состоит вот в чем: компилятор генерирует не платформенно-зависимый набор инструкций, а IL-код.
Главное преимущество IL-кода - возможность межплатформенного взаимодействия. Блоки, написанные на разных языках, преобразуются в единый IL-код, что позволяет этим блокам без малейших проблем взаимодействовать между собой на двоичном уровне.

Компиляция IL в платформенно-зависимые инструкции

Напомню, что в сборках содержится платформенно-независимый код IL, в то время как выполняются в конечном счете платформенно-зависимые инструкции. Компиляцией IL в платформенно-зависимые инструкции занимается JIT (Just-In-Time compiler) - компилятор времени выполнения. JIT входит в состав среды выполнения .NET. Преимущество JIT - программист может не задумываться об особенностях архитектуры CPU - их учтет JIT.
Откомпилированные из IL платформенно-зависимые инструкции помещаются в кэш-память, т.е. при выполнении программы каждый кусок кода компилируется лишь однажды. Например, при первом вызове некоторого метода MyMethod JIT производит компиляцию и заносит откомпилированный код в кэш. При последующих вызовах метода MyMethod компиляция производиться не будет, готовый код будет загружаться из кэша, что существенно увеличивает быстродействие программы.