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[ASP.net教程]CLR简介(一)


什么是通用语言运行时(CLR),简单来讲:

CLR是一个支持多种编程语言及多语言互操作,完整的高级虚拟机。

有点拗口,而且不是很有启发性,但上面的文字是将又大又复杂的CLR的功能归类以便容易理解的第一步。它从一万英尺的高度来帮助我们理解CLR的设计目标。从这个高度明了CLR之后,我们可以深入其各个组件了。

CLR: 一个(极少见的)完整编程平台

每个程序在运行的时候都有惊人数量的运行时依赖。虽然程序很明显都是由一种特定的编程语言写就,但这只是程序员编写程序多种依据中的一种。每个有用的程序都需要某些 运行时函数库 以便其能跟电脑的其它资源(如用户输入设备,磁盘文件,网络通信等)交互。程序也需要转换成计算机硬件可以直接执行的某种格式。这些依赖的数量是如此之多,范围之广,使得编程语言的设计者通常都引用其它标准来规范它们。例如C++编程语言不会规定C++程序的格式,每个C++编译器都会与特定的硬件架构(如x86架构)关联,与特定的操作系统环境(如Windows,Linux或者Mac OS)关联,这些架构和环境会规定可执行文件的文件格式以及加载的方式。因此,程序员不是在编写一个“C++可执行程序”,而是“Windows X86可执行程序”或“Power PC Mac OS可执行程序”。

复用现有的硬件或操作系统标准通常都是好事情,但其使得在现有标准之上抽象出新的规范变得很难。例如,今天的操作系统没有支持垃圾回收的堆。因此也就无法使用现有的标准来支持垃圾回收的接口(如,将字符串传来传去,不需要关注删除它们)。同样,一个典型的可执行文件格式只提供足够运行程序的信息,但不足够编译器将其他可执行文件绑定在一起运行。比如说,C++程序一般都使用包含经常使用功能(如printf)的标准库(在Windows里是msvcrt.dll),但只有这个库是不够的。没有对应的头文件(如,stdio.h),程序员是无法使用这些函数库的。因此,已有的可执行文件格式标准不能同时描述可执行的文件格式,并添加其它一些信息。

CLR通过定义一个 [非常完整的规范]ecma-spec来描述一个程序从编译、到部署时绑定依赖、到运行整个生命周期的所有信息。因此,除去其他细节,CLR定义了

  • 一套支持GC,并包含自己的执行程序基本操作的指令集(通用中间语言 - CLI)的虚拟机,这也就意味着CLR不需要依赖指定类型的CPU;
  • 一套描述程序里声明的元素(如类型、值、变量等等)的元数据,以便编译器在生成其它可执行文件时有足够的信息来从“外部”调用程序里的功能;
  • 一个精确描述字节应该如何在文件里布局的文件格式,这样我们在讨论CLR EXE的时候,不与某个特定的操作系统或电脑硬件绑定;
  • 进程的生命周期语义,即一个CLR EXE引用其它CLR EXE的机制,和CLR在运行时找到进程依赖文件的规则;
  • 利用CLR内置功能(如垃圾回收、异常和泛型等)的类库,其除了提供如整形、字符串、数组、列表和字典等基本功能意外,还提供了如文件、网络和UI交互等操作系统服务。

多编程语言支持

定义、规范和实现这些细节是一个艰巨的任务,这也就是类似CLR的完整抽象非常少的原因。实际上,大部分抽象都是为单个编程语言设计的。例如,Java运行时,Perl解释器或者早期的Visual Basic运行时提供了类似的完整抽象。但CLR跟这些先行者不同之处在于其支持多种编程语言。可能除了Visual Basic(因为它采用了COM对象模型),仅使用单个编程语言的体验是非常好的,但是要与其它编程语言互操作时体验就有点差了。编程语言之间互操作之所以困难,是因为这些编程语言仅能通过操作系统提供的原语来与“外族”编程语言通信。而操作系统的抽象层次太低阶(如操作系统不提供内存垃圾回收),就不得不采用一些复杂的技术。通过提供 通用语言运行时,CLR允许编程语言之间采用高阶结构(如可GC的数据结构)通信,大量减轻了互操作的麻烦。

由于运行时在 许多 语言之间共享,这就意味着更多的资源可被支持。为一个编程语言实现好的调试器和性能分析工具需要大量的工作,因此只有一些很重要的编程语言才有完整的工具链支持。然而,CLR上实现的编程语言可以共享这些基础架构,实现新的编程语言的工作量也大大缩减了。也许更重要的是,所有在CLR上实现的编程语言都可以访问 所有 在CLR上实现的类库。庞大且不断增长的(严格调试和支持)功能是CLR如此成功的一个重要原因。

简单来讲,CLR是一个将字节存到文件以创建和运行程序的完整规范。虚拟机可以使用不同编程语言写就的类库来运行这些程序。这个虚拟机,还有运行其上的不断增长的类库,就是我们说的通用语言运行时(CLR)。

来自文集:.NET框架源码解析