C#/.NET编译原理和跨平台特性

任何编程语言要被计算机理解，都需要转化成机器码才行，而转化的过程分为两种主要的形式，即编译和解释。

编译（compile）是将一种语言转换为另一种语言的动作，而一般来说，"另一种语言”通常是机器码（machine code/native code），即全部由 0 和 1 组成的语言，或者某种公共语言，当然机器码可以看作所有语言的目标公共语言。

使用编译器读入一 个文件，将会产出一个由目标语言写成的另一个文件，例如，C# 编译器会产出扩展名为 exe 或 dll 的文件，目标语言是 IL。

而相对的，解释（interpret）虽然也会将代码翻译为机器码，但是，却不会产生目标文件。

因此，每次运行解释型语言时，都需要重新进行解释。

不太准确地讲，编译可以类比为做好一桌菜才开吃，而解释可以类比为吃火锅，边涮边吃。

.NET 框架语言和 C、C++ 都是编译型语言，而它们之间还有一点不同。

.NET 框架语言是通过两步编译变成机器码的，如下图所示。


第一步编译使用 .NET 自带的编译器（例如 C# 会使用 csc.exe）并生成 IL 语言，它是一个基于栈的、面向对象的高级语言。

显然，高级语言是无法被机器直接执行的，在运行时（runtime）, CLR 使用 JIT 来将 IL 转换为机器码，所以，CLR 是 .NET Framework 最重要的组件，没有之一。

Java 和 C# 类似，它的中间层叫做字节码（bytecode）。而 C 语言则是一步到位的，没有中间 IL 这一层。

在第二步将 IL 或字节码转化为机器码时，会使用对应机器的解释器来执行。

在解释器执行时，会采用即时编译的形式（一句句编译源代码，但是会将翻译过的代码缓存起来以降低性能损耗），因此，它的性能比普通的解释型语言（没有缓存功能）要快。

不过，运行完毕，程序退出之后，缓存的内容就消失了，每次运行时都需要重新编译。

跨平台最常见和最令人熟悉的定义是“一次编译，到处运行”。

这其中，一次编译指的就是第一步编译（转化为中间语言）。

C 语言不能跨平台，是因为它的编译目标是机器码（本地代码），而不同操作系统和处理器的机器码是不同的。

C#/Java 采用了一个中间层来解决这个问题。

C# 的编译器 csc.exe 将 C# 代码编译为 IL，而不是机器码。

拿到 IL 之后， 通过在特定平台的运行时程序（CLR 和 JRE），解释和编译 IL （即时编译 JIT）为机器码来执行。

而这么做的好处则是，仅需要较少的编译器就可以完成跨平台功能。

例如，上图中，为了使三个语言支持三种机器，需要六个编译器，例如，C# 编译器和 X86JIT 编译器等。

如果撤掉 IL 层，则需要九种编译器才行，因为每个语言都需要三个编译器：3x3=9。