对托管 C++ 的理解

Question

我无法理解托管 C++ 如何工作和编译。

在 .NET Framework 中，您可以使用 C#/VB/F#/..etc 开发代码。并且所有这些语言都将被编译为与 Java 字节码类似的相同通用中间语言 (CIL)。从理论上讲，CIL 可以安装在任何平台上（Mono 使其实用）。在 Windows 上，CLR 将 CIL 编译为本机代码 Just-In-Time (JIT)，一切都运行顺利，一切顺利。

现在，托管 C++ 是如何编译的？它是否编译为 CIL 代码并等待 CLR 使用 JIT 运行它？我认为不会，因为托管 C++ 可以使用标准 C++ 代码（未编译为 CIL）。此外，它如何能够使用 .NET 程序集（它们是 CIL）？

如果有任何帮助，我将不胜感激。 谢谢

编辑：

我看过这个answer。它指出，在 C++/CLI 中，托管代码被编译为 MSIL，您可以选择将非托管代码编译为本机代码或 MSIL。因此，我现在了解如何调用 .NET 程序集。

无论如何，如果将非托管代码编译为本机代码，我仍然不明白 C++ 非托管代码如何与托管代码在同一个程序集中运行。有什么想法吗？

Answer 1

这是一个很大的话题，具有非常坚韧的实现细节。很难解决所有问题，但问题中存在一些误解。让我们解决这些问题，可能有助于进入下一阶段。

此外，它如何能够使用 .NET 程序集（即 CIL）？

不仅仅是 CIL，链接器还会生成一个混合模式 程序集。包含 .NET 元数据 + msil 和本机代码。事实上，就OS loader而言，正常的是可执行文件中的native code。与本机 C++ 编译器生成的类型没有什么不同。它像纯本机可执行映像一样被加载和重定位。奇怪的是 .NET 元数据 + msil。对于加载器来说，它看起来就像是一块数据，根本不会触及它。只有 CLR 可以。

...使用标准 C++ 代码（未编译为 CIL）

不太准确，原生C++代码可以编译成msil或机器码。您得到什么取决于是否使用了 /clr 编译选项或在函数级别有效的 #pragma managed。 CIL 不能很好地与 Java JVM 中使用的字节码进行比较。它更强大，可以支持任何符合 C++03 的原生 C++ 代码。有时您这样做是为了利用反向 pinvoke（本机代码调用托管代码）。有时它是偶然完成的，并且完全有太多的本机 C++ 代码被编译为 msil。抖动产生的机器代码不是最优的（它在时间限制下优化）并且不以任何方式进行管理。它是不可验证的，也不会得到垃圾收集器的喜爱。

CIL 的最佳心理形象是在前端（解析器）和后端（代码生成器和优化器）之间的任何本机 C++ 编译器中使用的中间表示。通常是不可见的实现细节，但当您使用使用 LLVM 的 C++ 编译器（如 Clang 那样）时会变得更加明显。 .NET 即时编译器在运行时执行 LLVM 在编译时执行的操作。

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当托管代码调用本机代码（或相反）时，大多数程序员的脑海中都会出现一个巨大的模式切换。这根本不准确。您可能想看看this post，它显示了 C++ 编译器后端生成的机器代码与抖动之间的区别。关键是它几乎相同，这是确保托管代码与本机代码竞争的基本功能。有助于阐明托管代码调用本机代码或相反的方式没有那么特别。

另一个误解是托管代码自动更安全。不完全正确，像 C# 这样的语言让您可以像使用 C++ 一样使用指针和在堆栈上乱写乱写，并且您可以像使用 C++ 一样轻松地破坏内存。它只是更好地分区，它迫使您使用 unsafe 关键字明确说明它。在 C++/CLI 上没有这样的限制，什么都可以。

托管代码和本机代码的本质区别在于编译 msil 时抖动生成的数据结构。您无法从本机编译器获得的额外数据。垃圾收集器需要这些数据，它告诉它如何找到对象根。更多关于 this post 中的数据的信息。必须符合该数据并允许 GC 完成其工作是使托管代码在运行时变慢的原因。

Answer 2

Manged C++ 已弃用。今天要编写本机 C++ 和 Manged 代码，您需要使用 C++\CLI。它符合 CLR 并且可以运行其他 .net 程序集。您还可以使用本机调用，这些对于本机代码和 .NET 代码之间的互操作性非常有用 要调用 .NET 程序集，请在您的项目中添加对该程序集的引用并添加您的代码：

using namespace System;