.NET Emit 入門教程：第六部分：IL 指令：7：詳解 ILGenerator 指令方法：分支條件指令

来源:https://www.cnblogs.com/cyq1162/p/18130979
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經過前面幾篇的學習，我們瞭解到指令的大概分類，如：參數載入指令，該載入指令以 Ld 開頭，將參數載入到棧中，以便於後續執行操作命令。參數存儲指令，其指令以 St 開頭，將棧中的數據，存儲到指定的變數中，以方便後續使用。創建實例指令，其指令以 New 開頭，用於在運行時動態生成並初始化對象。方法調用指... ...


前言：

經過前面幾篇的學習，我們瞭解到指令的大概分類，如：

參數載入指令，該載入指令以 Ld 開頭，將參數載入到棧中，以便於後續執行操作命令。

參數存儲指令，其指令以 St 開頭，將棧中的數據，存儲到指定的變數中，以方便後續使用。

創建實例指令，其指令以 New 開頭，用於在運行時動態生成並初始化對象。

方法調用指令，該指令以 Call 開頭，用於在運行時調用其它方法。

本篇介紹分支條件指令，該指令通常以 Br、或 B、C 開頭，用於在運行分支條件時跳轉指令。

分支條件指令介紹：

分支條件指令是在.NET Emit編程中關鍵的控制流程工具，用於在IL代碼中實現條件判斷和控制轉移。

ILGenerator 類提供了一系列方法，用於生成這些分支條件指令，包括條件分支、無條件分支和Switch分支等。

條件分支指令（如brtrue和brfalse）根據棧頂的布爾值決定是否跳轉到目標標簽，而無條件分支指令（如br）則總是進行跳轉。

Switch分支指令則用於在多個目標中選擇一個跳轉。

通過比較指令（如ceq、cgt和clt），還可以進行數值比較並根據比較結果執行相應的跳轉操作。

這些指令的靈活運用可以實現複雜的控制邏輯，例如條件判斷、迴圈和異常處理等。

深入理解分支條件指令將幫助開發者更好地掌握.NET Emit編程，提高代碼生成的效率和靈活性。

常用分支條件指令：

條件跳轉指令：

  1. beq：如果兩個值相等，則跳轉到指定的標簽。
  2. bge：如果第一個值大於或等於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  3. bgt：如果第一個值大於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  4. ble：如果第一個值小於或等於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  5. blt：如果第一個值小於第二個值，則跳轉到指定的標簽.
  6. bne.un：如果兩個無符號整數值不相等，則跳轉到指定的標簽。
  7. brtrue：如果值為 true，則跳轉到指定的標簽。
  8. brfalse：如果值為 false，則跳轉到指定的標簽。
  9. brtrue.s：如果值為 true，則跳轉到指定的標簽（短格式）。
  10. brfalse.s：如果值為 false，則跳轉到指定的標簽（短格式）.

無條件跳轉指令：

  1. br：無條件跳轉到指定的標簽。
  2. br.s：短格式的無條件跳轉到指定的標簽。
  3. leave：無條件跳轉到 try、filter 或 finally 塊的末尾。
  4. leave.s：短格式的無條件跳轉到 try、filter 或 finally 塊的末尾.

比較跳轉指令：

  1. bgt.un：如果第一個無符號整數值大於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  2. bge.un：如果第一個無符號整數值大於或等於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  3. blt.un：如果第一個無符號整數值小於第二個值，則跳轉到指定的標簽。
  4. ble.un：如果第一個無符號整數值小於或等於第二個值，則跳轉到指定的標簽.

其他跳轉指令：

  1. switch：根據給定的索引值跳轉到不同的標簽。
  2. brnull：如果值為 null，則跳轉到指定的標簽。
  3. brinst：如果對象是類的實例，則跳轉到指定的標簽。

這些指令可以幫助控制流程，在特定條件下跳轉到指定的標簽位置執行相應的代碼。

從以上分類說明可以看出，該指令需要配置標簽使用，對於標簽的用法，

如有遺忘，可以回去補一下文章：.NET Emit 入門教程：第六部分：IL 指令：2：詳解 ILGenerator 輔助方法

上面指令按使用方式，只分兩種：

1、條件跳轉指令：根據棧頂的數據，及指令的判斷條件，來跳轉標簽。

2、Switch 分支跳轉指令：根據給定的索引值，來跳轉標簽。

1、條件跳轉指令：

條件分支指令是在IL代碼中用於根據條件來執行跳轉操作的指令。

它們可以根據棧頂的（布爾）值來決定是否跳轉到目標標簽：

示例指令：Brtrue

示例指令：Brfalse

該 true、false 指令，除了 bool 值，還相容判斷了空（引用）和數字（零），這個小細節要註意。 

示例指令：Br

示例代碼：

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);     // 返回該值

運行結果：

說明：

1、在 true、false 指令中，通常只會使用其中一個。 

2、在分支條件中，很多時候需要配合 Br 無條件指令跳出分支。

3、在定義標簽時，除了定義分支標簽，還要定義結束標簽，以便 Br 無條件指令的跳出。 

4、其它條件指令的使用，和bool條件指令的使用是一樣的，只需要理解指令的含義即可。

2、Switch 分支條件指令：

Switch 分支指令用於在多個目標中選擇一個跳轉，類似於在高級編程語言中的 switch 或者 case 語句。

在IL代碼中，Switch 指令可以實現根據一個整數值來決定跳轉到不同的目標標簽。Switch 分支指令的主要指令是 switch，其作用如下：

  • switch： 該指令從標簽數組中選擇一個目標標簽進行跳轉。在 IL 代碼中，標簽數組通常在 switch 指令之前被定義，並且 switch 指令的操作數是標簽數組的引用。switch 指令會從操作數指定的標簽數組中根據整數值索引來選擇目標標簽，然後執行跳轉操作。

Switch 分支指令的作用是根據一個整數值來決定跳轉到不同的目標標簽，這在處理具有多個選擇的情況下非常有用，可以使得代碼更加簡潔和高效。

註意事項：

1、該 Switch 指令只是類似 switch 編程，但不等同。 

2、該 Switch 指令只能根據索引進行指令跳轉。

同時，Switch 指令在IL代碼編寫起來，會相對複雜一點，特別是 case 一多，寫起來可會要你命3000.

為了區分 Switch 指令和我們編寫代碼時的指令 Switch case 區別，我們來看以下示例：

這一次我們反過來，先寫 C# 代碼，再看它生成的 IL 代碼。

下麵給一個示例代碼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;
    }
}

反編繹，看生成的 IL 代碼：

.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

從該生成的 IL 代碼中，可以看出並沒有 Switch 指令，而是常規調用字元串比較後，用 bool 條件指令進行跳轉。

那是不是用數字類型就會得到 Switch 指令呢？

再用數字型來一次：

        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 代碼如下：

.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

依舊是 br 跳轉指令。

再試一下用枚舉呢？

        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 代碼如下：

.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

還是沒有見 Switch 指令。

可見，編程中的Switch，和 IL 的 Switch 指令是不同的。

所以很容易陷入一個誤區，以為代碼用 Switch 寫分支，對應的IL就得用 Switch 指令。

下麵演示一個用 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);     // 返回該值

 dynamicMethod.Invoke(null, new object[] { 1 });


 Console.Read();

運行結果：

從上面的示例可以看出，使用 Switch 指令，其實是在 IL 中編寫類似於 Switch 語法的條件分支，而不是和C# 語法的 Switch 對應。

總結：

本篇介紹了在IL（Intermediate Language）代碼中常見的兩種指令類型：條件跳轉指令和Switch 分支跳轉指令。

條件跳轉指令則用於執行數值比較操作，根據比較結果執行相應的跳轉操作或將比較結果壓入棧中。

由於其使用方式是一致，因此示例僅展示bool條件指令的使用，沒有對其它指令展開示例，但其它條件指令的含義，也是需要仔細瞭解一下的。

Switch 分支跳轉指令用於根據一個整數值選擇不同的目標標簽進行跳轉，類似於高級編程語言中的 switch 或者 case 語句。

通過 Switch 指令，可以使代碼更加簡潔、高效，並提高可讀性和可維護性。在處理具有多個選擇的情況下特別有用，例如枚舉類型或者狀態機的處理。

它們在條件分支指令和迴圈控制中起著關鍵作用，通過靈活運用比較指令，可以實現各種複雜的演算法和邏輯。

綜上所述，Switch 分支跳轉指令和條件跳轉指令是IL代碼中常用的兩種控制流指令，它們在編寫和優化IL代碼時起著重要作用，能夠使代碼更加簡潔、高效和易於理解。

版權聲明：本文原創發表於 博客園，作者為 路過秋天 本文歡迎轉載，但未經作者同意必須保留此段聲明，且在文章頁面明顯位置給出原文連接，否則視為侵權。
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