Прежде всего, предположим, что «машинный код» означает x86-64 набор инструкций. С другими архитектурами, такими как ARM, отдельные аспекты могут немного отличаться.
Какие упрощения делаются при компиляции кода MSIL на какой-то конкретный компьютер?
На самом деле это не упрощения. MSIL и типичный набор машинных команд, такой как x86-64`, принципиально отличаются.
Ранее я думал, что машинный код не имеет операций на основе стека и что все операции на основе стека в MSIL преобразуются в многочисленные операции перемещения данных, которые имеют желаемый результат стека push / pop, и в результате машинный код обычно намного длиннее, чем MSIL. код.
Стек - это основная концепция, практически необходимая для любой архитектуры ЦП (есть / были некоторые архитектуры ЦП без стека, но я думаю, что это довольно редкий случай). Без рабочего стека многие операции были бы непрактично сложными.
Однако: основная концепция аппаратных процессоров - это регистры. Большинство вычислений и операций с памятью могут выполняться исключительно в регистрах, а не в основной памяти компьютера. Считайте их временными переменными. Кроме того, они работают намного быстрее, чем с основной памятью (даже несмотря на все уровни кешей между ними).
При этом, хотя инструкции MSIL должны подчиняться чисто стековому подходу к работе с данными (в MSIL нет регистров), с аппаратными процессорами необходимо использовать регистры. Таким образом, это приводит к двум различным подходам к преобразованию одного и того же выражения в соответствующий машинный код.
Но, похоже, это не так, поэтому я задаюсь вопросом - насколько машинный код отличается от кода MSIL и в каких аспектах?
У нас есть выражение C #: a = b + c * d;, где каждая переменная - это int.
В MSIL:
ldloc.1 // b — load from local variable slot 1
ldloc.2 // c — load from local variable slot 2
ldloc.3 // d — load from local variable slot 3
mul // multiple two top-most values, storing the result on the stack
add // add two top-most values, storing the result on the stack
stloc.0 // a — store top-most value to local variable slot 0
Одним из больших преимуществ этой концепции является то, что очень легко написать генератор кода для чистого машинного кода на основе стека.
В x86-64 сборке:
mov eax, dword ptr [c] // load c into register eax
mul dword ptr [d] // multiply eax (default argument) with d
add eax, dword ptr [b] // add b to eax
mov dword ptr [a], eax // store eax to a
Как видите, в этом простом случае в x86-64 нет стека. Код также выглядит короче и, возможно, более читаемым. Однако создание реального x86-64 машинного кода - это очень сложная задача.
Отказ от ответственности: я тщательно написал фрагмент кода сборки; простите мои ошибки, которые он может содержать. Сейчас писать сборку - не моя повседневная работа :)
Чем отличается количество операций / инструкций?
Ответ: это зависит от обстоятельств. Некоторые простые операции, такие как арифметические операции, иногда 1: 1, например add в MSIL может привести к одному add в x86-64. С другой стороны, MSIL может использовать преимущество определения гораздо более высокоуровневых операций. Например, инструкция MSIL callvirt, которая вызывает виртуальный метод, не имеет простого аналога в x86-64: вам потребуется несколько инструкций для выполнения этого вызова.
В машинном коде обычно намного больше строк?
Мне нужны достоверные данные для сравнения; однако, учитывая вышесказанное относительно сложности инструкций, я бы сказал, скорее, да.
Что еще, кроме независимости от платформы и кода в стиле метаданных, допускает промежуточный код / код MSIL?
Я думаю, что вопрос должен заключаться в следующем: что еще позволяет машинный код? MSIL довольно ограничен. CLR определяет множество правил, которые помогают поддерживать согласованность и правильность кода MSIL. В машинном коде у вас есть полная свобода - и вы тоже можете все испортить.
Какие могут быть наиболее заметные различия, если сравнить некоторый код MSIL и соответствующий машинный код?
С моей точки зрения, это основанная на регистрах архитектура процессоров, таких как x86-64.
Что упрощает MSIL, помимо этих функций? Какие естественные структуры / особенности языка MSIL упрощают некоторые вещи?
На самом деле их много. Во-первых, поскольку это архитектура на основе стека, гораздо проще скомпилировать язык программирования .NET в MSIL, как я объяснил ранее. Затем есть много других более мелких вещей, таких как:
- MSIL естественно понимает все примитивные типы данных CLR (.NET).
- MSIL может выражать преобразования типов
- MSIL понимает объекты (экземпляры типов), может выделять экземпляры (
newobj), вызывать методы, включая вызовы виртуальных методов (очень важно)
- синтаксис для написания MSIL вручную поддерживает объектно-ориентированное структурирование кода, то есть поддержка MSIL, выражающая высокоуровневые концепции объектно-ориентированного программирования
- MSIL обеспечивает поддержку упаковки / распаковки
- MSIL поддерживает выброс и перехват исключений (это тоже большое дело)
- В MSIL есть инструкции для синхронизации на основе мьютексов (блокировки)
person
Ondrej Tucny
schedule
28.02.2020
