.NET Native и компиляция
Классические приложения Windows, предназначенные для платформа .NET Framework, написаны на определенном языке программирования и компилируются на промежуточный язык (IL). Во время выполнения JIT-компилятор отвечает за компиляцию IL в машинный код для локального компьютера непосредственно перед первым выполнением метода. В противоположность этому цепочка инструментов .NET Native преобразует исходный код в машинный код во время компиляции. В этой статье сравнивается .NET Native с другими технологиями компиляции, доступными для приложений платформа .NET Framework, а также предоставляется практический обзор того, как .NET Native создает машинный код, который помогает понять, почему исключения, происходящие в коде, скомпилированном с помощью .NET Native, не происходят в скомпилированном JIT-коде.
Создание собственных двоичных файлов
Приложение, которое предназначено для платформа .NET Framework и которое не компилируется с помощью цепочки инструментов .NET Native, состоит из сборки приложения, которая включает в себя следующее:
Метаданные, описывающие сборку, ее зависимости, типы, которые она содержит, и их члены. Метаданные используется для отражения и доступа через позднее связывание, а также в некоторых случаях для средств компиляции и построения.
Код реализации. Он состоит из кодов операций промежуточного языка (IL). Во время выполнения JIT-компилятор преобразует его в машинный код для целевой платформы.
Помимо основной сборки приложения, приложению требуется следующее:
Все дополнительные библиотеки классов и сборки сторонних производителей, необходимые приложению. Эти сборки точно так же включают метаданные, описывающие сборку, ее типы и члены, а также IL-код, который реализует все члены типов.
Библиотека классов .NET Framework. Это коллекция сборок, устанавливаемая на локальном компьютере при установке платформы .NET Framework. Сборки, включенные в библиотеку классов .NET Framework, содержат полный набор метаданных и кода реализации.
Среда CLR. Это коллекция библиотек DLL, которые выполняют такие операции, как загрузка сборок, управление памятью, сбор мусора, обработка исключений, JIT-компиляция, удаленное и локальное взаимодействие. Как и библиотека классов, среда выполнения устанавливается на локальном компьютере в процессе установки .NET Framework.
Обратите внимание, для успешного выполнения приложения должны присутствовать: вся среда CLR, метаданные, IL-код для всех типов в сборках, специфичных для приложения, сторонние сборки и системные сборки.
JIT-компиляция
Входные данные для цепочки инструментов .NET Native — это приложение UWP, созданное компилятором C# или Visual Basic. Другими словами, цепочка инструментов .NET Native начинает выполнение, когда компилятор языка завершит компиляцию приложения UWP.
Совет
Так как входные данные .NET Native — промежуточный язык (IL) и метаданные, записанные в сборки управляемого кода, то вы по-прежнему можете выполнять создание собственного кода или другие пользовательские операции посредством событий "перед сборкой" и "после сборки" или путем изменения файла проекта MSBuild.
Однако не поддерживаются инструменты, изменяющие IL-код и тем самым препятствующие анализу приложения IL цепочкой инструментов .NET. Средства запутывания являются наиболее важными средствами этого типа.
Во время преобразования приложения из промежуточного языка в машинный код цепочка инструментов .NET Native выполняет следующие операции:
Для некоторых ветвей кода заменяется код, основанный на отражении и метаданных, на статический машинный код. Например, если тип значения не переопределяет метод ValueType.Equals, то стандартный тест на эквивалентность использует отражение для получения объектов FieldInfo, представляющих поля этого типа значения, а затем сравнивает значения полей двух экземпляров. При компиляции в машинный код цепочка инструментов .NET Native заменяет код отражения и метаданные на статическое сравнение значений полей.
Везде, где возможно, делается попытка исключить все метаданные.
.NET Native включает в заключительные сборки приложения только тот код реализации, который фактически вызывается приложением. Особенно это касается кода сторонних библиотек и кода в библиотеке классов .NET Framework. В результате приложение больше не зависит от сторонних библиотек или всей библиотеки классов .NET Framework; вместо этого код сторонних библиотек и библиотек классов .NET Framework теперь является локальным для приложения.
.NET Native заменяет полную среду CLR на оптимизированную среды выполнения, которая в первую очередь содержит сборщика мусора. Оптимизированная среда выполнения находится в библиотеке mrt100_app.dll, которая является локальной для приложения и имеет размер только несколько сотен килобайт. Это возможно потому, что статическое связывание устраняет необходимость во многих операциях, реализуемых средой CLR.
Примечание.
.NET Native использует тот же сборщик мусора, что и стандартная среда CLR. В сборщике мусора .NET Native фоновая сборка мусора включена по умолчанию. Дополнительные сведения о сборке мусора см. в разделе Основы сборки мусора.
Внимание
.NET Native компилирует все приложение в приложение машинного кода. .NET Native не позволяет компилировать одну сборку, которая содержит библиотеку классов, в машинный код, для того чтобы его можно было вызывать напрямую из управляемого кода.
Итоговое приложение, созданное цепочкой инструментов .NET Native, записывается в каталог ilc.out в каталоге отладки или выпуска каталога проекта. Итоговое приложение состоит из следующих файлов:
<appName>.exe — исполняемый файл заглушки, который просто передает управление в специальный
Mainэкспорт в <appName>.dll.<appName>.dll, библиотека динамической компоновки Windows, содержащая весь код приложения, а также код из библиотеки классов платформа .NET Framework и любых сторонних библиотек, от которых зависит. Итоговое приложение также содержит код поддержки, например код, необходимый для взаимодействия с Windows и сериализации объектов в приложении.
mrt100_app.dll — оптимизированная среда выполнения, которая предоставляет сервисы реального времени, такие как сборка мусора.
APPX-манифестом приложения регистрируются все зависимости. Помимо EXE-файла приложения, библиотеки DLL и среды выполнения mrt100_app.dll, которые входят непосредственно в APPX-пакет, пакет включает два дополнительных файла:
msvcr140_app.dll — библиотека языка C времени выполнения (CRT), используемая mrt100_app.dll. Она включается по ссылке платформы в пакете.
mrt100.dll. Эта библиотека содержит функции, которые могут повысить производительность библиотеки mrt100_app.dll, хотя ее отсутствие не препятствует функционированию mrt100_app.dll. Она загружается из папки system32 на локальном компьютере, если там она имеется.
Поскольку цепочка инструментов .NET Native связывает код реализации в приложении только в том случае, если известно, что приложение вызывает этот код, могут не включаться вместе с приложением метаданные или код реализации, требуемые в следующих сценариях:
Отражение.
динамический вызов или вызов посредством позднего связывания;
сериализация и десериализация;
COM-взаимодействие.
Если во время выполнения метаданные или необходимый код отсутствуют, среда выполнения .NET Native вызывает исключение. Чтобы предотвратить эти исключения, убедитесь, что цепочка инструментов .NET Native включает необходимые метаданные и код реализации, с помощью файла директив времени выполнения. Это XML-файл, указывающий элементы программы, чьи метаданные или код реализации должны быть доступны во время выполнения, и назначающий им политику времени выполнения. Ниже приведен файл директив среды выполнения по умолчанию, который добавляется в проект UWP, скомпилированный цепочкой инструментов .NET Native:
<Directives xmlns="http://schemas.microsoft.com/netfx/2013/01/metadata">
<Application>
<Assembly Name="*Application*" Dynamic="Required All" />
</Application>
</Directives>
Благодаря этому становятся доступными для отражения и динамического вызова все типы и их члены во всех сборках в пакете приложения. Однако это не позволяет выполнять отражение или динамическую активацию типов в сборках библиотеки классов .NET Framework. В большинстве случаев этого достаточно.