.NET Emit 入门教程:第六部分:IL 指令:7:详解 ILGenerator 指令方法:分支条件指令

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所属分类:.NET技术
摘要

经过前面几篇的学习,我们了解到指令的大概分类,如:参数加载指令,该加载指令以 Ld 开头,将参数加载到栈中,以便于后续执行操作命令。


前言:

经过前面几篇的学习,我们了解到指令的大概分类,如:

参数加载指令,该加载指令以 Ld 开头,将参数加载到栈中,以便于后续执行操作命令。

参数存储指令,其指令以 St 开头,将栈中的数据,存储到指定的变量中,以方便后续使用。

创建实例指令,其指令以 New 开头,用于在运行时动态生成并初始化对象。

方法调用指令,该指令以 Call 开头,用于在运行时调用其它方法。

本篇介绍分支条件指令,该指令通常以 Br、或 B、C 开头,用于在运行分支条件时跳转指令。

分支条件指令介绍:

分支条件指令是在.NET Emit编程中关键的控制流程工具,用于在IL代码中实现条件判断和控制转移。

ILGenerator 类提供了一系列方法,用于生成这些分支条件指令,包括条件分支、无条件分支和Switch分支等。

条件分支指令(如brtrue和brfalse)根据栈顶的布尔值决定是否跳转到目标标签,而无条件分支指令(如br)则总是进行跳转。

Switch分支指令则用于在多个目标中选择一个跳转。

通过比较指令(如ceq、cgt和clt),还可以进行数值比较并根据比较结果执行相应的跳转操作。

这些指令的灵活运用可以实现复杂的控制逻辑,例如条件判断、循环和异常处理等。

深入理解分支条件指令将帮助开发者更好地掌握.NET Emit编程,提高代码生成的效率和灵活性。

常用分支条件指令:

条件跳转指令:

  1. beq:如果两个值相等,则跳转到指定的标签。
  2. bge:如果第一个值大于或等于第二个值,则跳转到指定的标签。
  3. bgt:如果第一个值大于第二个值,则跳转到指定的标签。
  4. ble:如果第一个值小于或等于第二个值,则跳转到指定的标签。
  5. blt:如果第一个值小于第二个值,则跳转到指定的标签.
  6. bne.un:如果两个无符号整数值不相等,则跳转到指定的标签。
  7. brtrue:如果值为 true,则跳转到指定的标签。
  8. brfalse:如果值为 false,则跳转到指定的标签。
  9. brtrue.s:如果值为 true,则跳转到指定的标签(短格式)。
  10. brfalse.s:如果值为 false,则跳转到指定的标签(短格式).

无条件跳转指令:

  1. br:无条件跳转到指定的标签。
  2. br.s:短格式的无条件跳转到指定的标签。
  3. leave:无条件跳转到 try、filter 或 finally 块的末尾。
  4. leave.s:短格式的无条件跳转到 try、filter 或 finally 块的末尾.

比较跳转指令:

  1. bgt.un:如果第一个无符号整数值大于第二个值,则跳转到指定的标签。
  2. bge.un:如果第一个无符号整数值大于或等于第二个值,则跳转到指定的标签。
  3. blt.un:如果第一个无符号整数值小于第二个值,则跳转到指定的标签。
  4. ble.un:如果第一个无符号整数值小于或等于第二个值,则跳转到指定的标签.

其他跳转指令:

  1. switch:根据给定的索引值跳转到不同的标签。
  2. brnull:如果值为 null,则跳转到指定的标签。
  3. brinst:如果对象是类的实例,则跳转到指定的标签。

这些指令可以帮助控制流程,在特定条件下跳转到指定的标签位置执行相应的代码。

从以上分类说明可以看出,该指令需要配置标签使用,对于标签的用法,

如有遗忘,可以回去补一下文章:.NET Emit 入门教程:第六部分:IL 指令:2:详解 ILGenerator 辅助方法

上面指令按使用方式,只分两种:

1、条件跳转指令:根据栈顶的数据,及指令的判断条件,来跳转标签。  2、Switch 分支跳转指令:根据给定的索引值,来跳转标签。

1、条件跳转指令:

条件分支指令是在IL代码中用于根据条件来执行跳转操作的指令。

它们可以根据栈顶的(布尔)值来决定是否跳转到目标标签:

示例指令:Brtrue

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示例指令:Brfalse

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该 true、false 指令,除了 bool 值,还兼容判断了空(引用)和数字(零),这个小细节要注意。 

示例指令:Br

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示例代码:

var dynamicMethod = new DynamicMethod("WriteAOrB", typeof(void), new Type[] { typeof(bool) }, typeof(AssMethodIL_Condition));  ILGenerator il = dynamicMethod.GetILGenerator();  var labelEnd = il.DefineLabel(); var labelFalse = il.DefineLabel();  il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);  il.Emit(OpCodes.Brfalse_S, labelFalse);  il.EmitWriteLine("true."); il.Emit(OpCodes.Br_S, labelEnd);   il.MarkLabel(labelFalse); il.EmitWriteLine("false");   il.MarkLabel(labelEnd); il.Emit(OpCodes.Ret);     // 返回该值

运行结果:

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说明:

1、在 truefalse 指令中,通常只会使用其中一个。   2、在分支条件中,很多时候需要配合 Br 无条件指令跳出分支。  3、在定义标签时,除了定义分支标签,还要定义结束标签,以便 Br 无条件指令的跳出。 

4、其它条件指令的使用,和bool条件指令的使用是一样的,只需要理解指令的含义即可。

2、Switch 分支条件指令:

Switch 分支指令用于在多个目标中选择一个跳转,类似于在高级编程语言中的 switch 或者 case 语句。

在IL代码中,Switch 指令可以实现根据一个整数值来决定跳转到不同的目标标签。Switch 分支指令的主要指令是 switch,其作用如下:

  • switch: 该指令从标签数组中选择一个目标标签进行跳转。在 IL 代码中,标签数组通常在 switch 指令之前被定义,并且 switch 指令的操作数是标签数组的引用。switch 指令会从操作数指定的标签数组中根据整数值索引来选择目标标签,然后执行跳转操作。

Switch 分支指令的作用是根据一个整数值来决定跳转到不同的目标标签,这在处理具有多个选择的情况下非常有用,可以使得代码更加简洁和高效。

注意事项:

1、该 Switch 指令只是类似 switch 编程,但不等同。 

2、该 Switch 指令只能根据索引进行指令跳转。

同时,Switch 指令在IL代码编写起来,会相对复杂一点,特别是 case 一多,写起来可会要你命3000.

为了区分 Switch 指令和我们编写代码时的指令 Switch case 区别,我们来看以下示例:

这一次我们反过来,先写 C# 代码,再看它生成的 IL 代码。

下面给一个示例代码1:

static void TestString(string c) {     switch(c)     {         case "a":             Console.WriteLine("A");break;         case "b":             Console.WriteLine("B");break;         default:             Console.WriteLine("C");break;     } }

反编绎,看生成的 IL 代码:

.method private hidebysig static          void TestString (             string c         ) cil managed      {         // Method begins at RVA 0x3808         // Code size 73 (0x49)         .maxstack 2         .locals init (             [0] string,             [1] string         )          IL_0000: nop         IL_0001: ldarg.0         IL_0002: stloc.1         IL_0003: ldloc.1         IL_0004: stloc.0         IL_0005: ldloc.0         IL_0006: ldstr "a"         IL_000b: call bool [mscorlib]System.String::op_Equality(string, string)         IL_0010: brtrue.s IL_0021          IL_0012: ldloc.0         IL_0013: ldstr "b"         IL_0018: call bool [mscorlib]System.String::op_Equality(string, string)         IL_001d: brtrue.s IL_002e          IL_001f: br.s IL_003b          IL_0021: ldstr "A"         IL_0026: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_002b: nop         IL_002c: br.s IL_0048          IL_002e: ldstr "B"         IL_0033: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0038: nop         IL_0039: br.s IL_0048          IL_003b: ldstr "C"         IL_0040: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0045: nop         IL_0046: br.s IL_0048          IL_0048: ret     } // end of method Program::TestString

从该生成的 IL 代码中,可以看出并没有 Switch 指令,而是常规调用字符串比较后,用 bool 条件指令进行跳转。

那是不是用数字类型就会得到 Switch 指令呢?

再用数字型来一次:

        static void TestInt(int c)         {             switch (c)             {                 case 1:                     Console.WriteLine("AAA"); break;                 case 2:                     Console.WriteLine("BBB"); break;                 default:                     Console.WriteLine("CCC"); break;             }         }

得到的 IL 代码如下:

.method private hidebysig static          void TestInt (             int32 c         ) cil managed      {         // Method begins at RVA 0x3860         // Code size 57 (0x39)         .maxstack 2         .locals init (             [0] int32,             [1] int32         )          IL_0000: nop         IL_0001: ldarg.0         IL_0002: stloc.1         IL_0003: ldloc.1         IL_0004: stloc.0         IL_0005: ldloc.0         IL_0006: ldc.i4.1         IL_0007: beq.s IL_0011          IL_0009: br.s IL_000b          IL_000b: ldloc.0         IL_000c: ldc.i4.2         IL_000d: beq.s IL_001e          IL_000f: br.s IL_002b          IL_0011: ldstr "AAA"         IL_0016: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_001b: nop         IL_001c: br.s IL_0038          IL_001e: ldstr "BBB"         IL_0023: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0028: nop         IL_0029: br.s IL_0038          IL_002b: ldstr "CCC"         IL_0030: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0035: nop         IL_0036: br.s IL_0038          IL_0038: ret     } // end of method Program::TestInt

依旧是 br 跳转指令。

再试一下用枚举呢?

        static void TestEnum(DataAccessKind c)         {             switch (c)             {                 case  DataAccessKind.Read:                     Console.WriteLine("AAA"); break;                 case DataAccessKind.None:                     Console.WriteLine("BBB"); break;                 default:                     Console.WriteLine("CCC"); break;             }         }

得到 IL 代码如下:

.method private hidebysig static          void TestEnum (             valuetype [System.Data]Microsoft.SqlServer.Server.DataAccessKind c         ) cil managed      {         // Method begins at RVA 0x38a8         // Code size 56 (0x38)         .maxstack 2         .locals init (             [0] valuetype [System.Data]Microsoft.SqlServer.Server.DataAccessKind,             [1] valuetype [System.Data]Microsoft.SqlServer.Server.DataAccessKind         )          IL_0000: nop         IL_0001: ldarg.0         IL_0002: stloc.1         IL_0003: ldloc.1         IL_0004: stloc.0         IL_0005: ldloc.0         IL_0006: brfalse.s IL_001d          IL_0008: br.s IL_000a          IL_000a: ldloc.0         IL_000b: ldc.i4.1         IL_000c: beq.s IL_0010          IL_000e: br.s IL_002a          IL_0010: ldstr "AAA"         IL_0015: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_001a: nop         IL_001b: br.s IL_0037          IL_001d: ldstr "BBB"         IL_0022: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0027: nop         IL_0028: br.s IL_0037          IL_002a: ldstr "CCC"         IL_002f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)         IL_0034: nop         IL_0035: br.s IL_0037          IL_0037: ret     } // end of method Program::TestEnum

还是没有见 Switch 指令。

可见,编程中的Switch,和 IL 的 Switch 指令是不同的。

所以很容易陷入一个误区,以为代码用 Switch 写分支,对应的IL就得用 Switch 指令。

下面演示一个用 Switch 指令的示例:

 var dynamicMethod = new DynamicMethod("WriteAOrB", typeof(void), new Type[] { typeof(int) }, typeof(AssMethodIL_Condition));   ILGenerator il = dynamicMethod.GetILGenerator();   var labelEnd = il.DefineLabel();   Label labelIndex_0 = il.DefineLabel();  Label labelIndex_1 = il.DefineLabel();  Label labelIndex_2 = il.DefineLabel();  //BreakOp None=-1,Null=0,Empty=1,NullOrEmpty=2  var lables = new Label[] { labelIndex_0, labelIndex_1, labelIndex_2 };//0、1、2   il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);   il.Emit(OpCodes.Switch, lables);   il.MarkLabel(labelIndex_0);  il.EmitWriteLine("0.");  il.Emit(OpCodes.Br_S, labelEnd);   il.MarkLabel(labelIndex_1);  il.EmitWriteLine("1.");  il.Emit(OpCodes.Br_S, labelEnd);   il.MarkLabel(labelIndex_2);  il.EmitWriteLine("2.");  il.Emit(OpCodes.Br_S, labelEnd);   il.MarkLabel(labelEnd);  il.Emit(OpCodes.Ret);     // 返回该值   dynamicMethod.Invoke(null, new object[] { 1 });    Console.Read();

运行结果:

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从上面的示例可以看出,使用 Switch 指令,其实是在 IL 中编写类似于 Switch 语法的条件分支,而不是和C# 语法的 Switch 对应。

总结:

本篇介绍了在IL(Intermediate Language)代码中常见的两种指令类型:条件跳转指令和Switch 分支跳转指令。

条件跳转指令则用于执行数值比较操作,根据比较结果执行相应的跳转操作或将比较结果压入栈中。

由于其使用方式是一致,因此示例仅展示bool条件指令的使用,没有对其它指令展开示例,但其它条件指令的含义,也是需要仔细了解一下的。

Switch 分支跳转指令用于根据一个整数值选择不同的目标标签进行跳转,类似于高级编程语言中的 switch 或者 case 语句。

通过 Switch 指令,可以使代码更加简洁、高效,并提高可读性和可维护性。在处理具有多个选择的情况下特别有用,例如枚举类型或者状态机的处理。

它们在条件分支指令和循环控制中起着关键作用,通过灵活运用比较指令,可以实现各种复杂的算法和逻辑。

综上所述,Switch 分支跳转指令和条件跳转指令是IL代码中常用的两种控制流指令,它们在编写和优化IL代码时起着重要作用,能够使代码更加简洁、高效和易于理解。