CLR via C# 读书笔记2-3

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本文介绍了托管文件中的元数据概念，包括定义表、参照表及manifest表等组成部分，并通过实例展示了如何使用ILDasm.exe查看元数据。

初识元数据(Metadata)

前文已经介绍过，编译后生成的托管文件包含4 部分内容：PE32(+) 头，CLR 头，元数据以及 IL 代码。

metadata 是一块包含若干个表的二进制数据，这些标分为3 种类别：定义表(definition tables), 参照表(reference tables) 以及 manifest 表。表 2-1 列出了一些常见的定义表：

表2-1 常见定义元数据表
元数据定义表名	说明
ModuleDef	总是包含一个标示模块的条目，它包含模块的文件名，文件名后缀，模块版本id。
TypeDef	模块中定义的每个类型的条目，它包含了类型名称，父类型，一些标志位 (public, private, 等等) 以及在MethodDef 表中对应方法的索引号，在FieldDef 表中对应字段的索引号，在PropertyDef 表中对应属性的索引号，在EventDef 表中对应事件的索引号。
MethodDef	模块中每个方法的条目，它包含方法名，一些标志位 (private, public, virtual, abstract, static, final, 等等), 签名, 以及对应 IL 代码的偏移量。另外它还能参照到 ParamDef 表中对应的条目。
FieldDef	模块中每个字段的条目，它包含字段名，类型，一些标志位 (private, public, 等等)
ParamDef	模块中每个参数的条目，它包含参数名，类型，一些标志位 (in, out, retval, 等等)
PropertyDef	模块中每个属性的条目，它包含属性名，类型，一些标志位
EventDef	模块中每个事件的条目，它包含事件名，类型，一些标志位

编译器同时也检测源代码参照到的类型，并建立参照表，图 2-2 列出了一些常见的：

表 2-2 常见参照元数据表
元数据参照表名	说明
AssemblyRef	模块中每个参照程序集的条目，包含了程序集的名称（不含路径，后缀名），版本号，culture 以及公钥令牌 (通常是从公钥生成的一小组哈希值)。另外他还包含了一些标志位和一个哈希值，这个哈希值是这个参照程序集的校验码，CLR 目前不使用这个哈希值，以后可能会用。
ModuleRef	模块中每个参照模块的条目，包含了模块文件名及后缀名（不含路径）
TypeRef	模块中每个参照类型的条目，包含类型名称以及一个指向该类型的参照。
MemberRef	模块中每个参照成员(字段，方法，属性以及事件)的条目，包含了成员的名称，签名，以及对应类型的 TypeRef 指针。

使用以下命令，用 ILDasm.exe 来察看元数据表：

ILDasm Program.exe

选择 View/MetaInfo/Show! 菜单项 (或按 Ctrl+M)，切换到较易读的显示风格：

===========================================================
ScopeName : Program.exe
MVID : {CA73FFE8-0D42-4610-A8D3-9276195C35AA}
===========================================================
Global functions
-------------------------------------------------------
Global fields
-------------------------------------------------------
Global MemberRefs
-------------------------------------------------------
TypeDef #1 (02000002)
-------------------------------------------------------
TypDefName: Program (02000002)
Flags : [Public] [AutoLayout] [Class] [Sealed] [AnsiClass]
[BeforeFieldInit] (00100101)
Extends : 01000001 [TypeRef] System.Object
Method #1 (06000001) [ENTRYPOINT]
-------------------------------------------------------
MethodName: Main (06000001)
Flags : [Public] [Static] [HideBySig] [ReuseSlot] (00000096)
RVA : 0x00002050
ImplFlags : [IL] [Managed] (00000000)
CallCnvntn: [DEFAULT]
ReturnType: Void
No arguments.
Method #2 (06000002)
-------------------------------------------------------
MethodName: .ctor (06000002)
Flags : [Public] [HideBySig] [ReuseSlot] [SpecialName]
[RTSpecialName] [.ctor] (00001886)
RVA : 0x0000205c
ImplFlags : [IL] [Managed] (00000000)
CallCnvntn: [DEFAULT]
hasThis
ReturnType: Void
No arguments.
TypeRef #1 (01000001)
-------------------------------------------------------
Token: 0x01000001
ResolutionScope: 0x23000001
TypeRefName: System.Object
MemberRef #1 (0a000004)
-------------------------------------------------------
Member: (0a000004) .ctor:
CallCnvntn: [DEFAULT]
hasThis
ReturnType: Void
No arguments.
TypeRef #2 (01000002)
-------------------------------------------------------
Token: 0x01000002
ResolutionScope: 0x23000001
TypeRefName: System.Runtime.CompilerServices.CompilationRelaxationsAttribute
MemberRef #1 (0a000001)
-------------------------------------------------------
Member: (0a000001) .ctor:
CallCnvntn: [DEFAULT]
hasThis
ReturnType: Void
1 Arguments
Argument #1: I4
TypeRef #3 (01000003)
-------------------------------------------------------
Token: 0x01000003
ResolutionScope: 0x23000001
TypeRefName: System.Runtime.CompilerServices.RuntimeCompatibilityAttribute
MemberRef #1 (0a000002)
-------------------------------------------------------
Member: (0a000002) .ctor:
CallCnvntn: [DEFAULT]
hasThis
ReturnType: Void
No arguments.
TypeRef #4 (01000004)
-------------------------------------------------------
Token: 0x01000004
ResolutionScope: 0x23000001
TypeRefName: System.Console
MemberRef #1 (0a000003)
-------------------------------------------------------
Member: (0a000003) WriteLine:
CallCnvntn: [DEFAULT]
ReturnType: Void
1 Arguments
Argument #1: String
Assembly
-------------------------------------------------------
Token: 0x20000001
Name : Program
Public Key :
Hash Algorithm : 0x00008004
Version: 0.0.0.0
Major Version: 0x00000000
Minor Version: 0x00000000
Build Number: 0x00000000
Revision Number: 0x00000000
Locale: <null>
Flags : [none] (00000000)
CustomAttribute #1 (0c000001)
-------------------------------------------------------
CustomAttribute Type: 0a000001
CustomAttributeName:
System.Runtime.CompilerServices.CompilationRelaxationsAttribute ::
instance void .ctor(int32)
Length: 8
Value : 01 00 08 00 00 00 00 00 > <
ctor args: (8)
CustomAttribute #2 (0c000002)
-------------------------------------------------------
CustomAttribute Type: 0a000002
CustomAttributeName: System.Runtime.CompilerServices.RuntimeCompatibilityAttribute ::
instance void .ctor()
Length: 30
Value : 01 00 01 00 54 02 16 57 72 61 70 4e 6f 6e 45 78 > T WrapNonEx<
: 63 65 70 74 69 6f 6e 54 68 72 6f 77 73 01 >ceptionThrows <
ctor args: ()
AssemblyRef #1 (23000001)
-------------------------------------------------------
Token: 0x23000001
Public Key or Token: b7 7a 5c 56 19 34 e0 89
Name: mscorlib
Version: 4.0.0.0
Major Version: 0x00000004
Minor Version: 0x00000000
Build Number: 0x00000000
Revision Number: 0x00000000
Locale: <null>
HashValue Blob:
Flags: [none] (00000000)
User Strings
-------------------------------------------------------
70000001 : ( 2) L"Hi"
Coff symbol name overhead: 0
===========================================================
===========================================================
===========================================================

这里你可以看到 Program.exe 包含一个名为Program 的 TypeDef，这个类型是一个继承自System.Object 的 public sealed 的类。该类有两个方法：Main 和 .ctor (构造函数)，Main 是一个 public, static 的方法，没有返回值没有参数；构造函数是一个 public 方法也没有返回值没有参数。其中还有一个 this 指针，指向被构造好的该对象地址。

在ILDasm 中选择 View/Statistics 菜单项后，以下信息被显示：

File size : 3584
PE header size : 512 (496 used) (14.29%)
PE additional info : 1411 (39.37%)
Num.of PE sections : 3
CLR header size : 72 ( 2.01%)
CLR meta-data size : 612 (17.08%)
CLR additional info : 0 ( 0.00%)
CLR method headers : 2 ( 0.06%)
Managed code : 20 ( 0.56%)
Data : 2048 (57.14%)
Unaccounted : -1093 (-30.50%)
Num.of PE sections : 3
.text - 1024
.rsrc - 1536
.reloc - 512
CLR meta-data size : 612
Module - 1 (10 bytes)
TypeDef - 2 (28 bytes) 0 interfaces, 0 explicit layout
TypeRef - 4 (24 bytes)
MethodDef - 2 (28 bytes) 0 abstract, 0 native, 2 bodies
MemberRef - 4 (24 bytes)
CustomAttribute- 2 (12 bytes)
Assembly - 1 (22 bytes)
AssemblyRef - 1 (20 bytes)
Strings - 184 bytes
Blobs - 68 bytes
UserStrings - 8 bytes
Guids - 16 bytes
Uncategorized - 168 bytes
CLR method headers : 2
Num.of method bodies - 2
Num.of fat headers - 0
Num.of tiny headers - 2
Managed code : 20
Ave method size - 10

这里可以查看到文件大小，以及各部分的组成。（注意：ILDasm.exe 显示的文件大小并不准确，这似乎是个bug）