Delphi.NET 内部实现分析(1)

Delphi.NET 内部实现分析

Delphi.NET 内部实现分析(1)

 Delphi.NET 内部实现分析

0.概述

   自M$发布.NET以来，业界厂商态度大相径庭。但不可否认的是，
在M$雄厚实力和充足资金的保障下.NET架构已经逐渐站稳脚跟，
开始向Java等既得利益者发起冲击。
   而作为开发工具领跑者的Borland公司，也于2002年末，
伴随其并没有太大新意的Delphi 7，一同发布了Delphi.NET预览版。
   本文就是基于这个预览版本，针对其内部实现原理进行分析，
帮助读者在了解Delphi的基础上，过渡到.NET时代。

1. Hello Delphi!

1.1. 初见 Delphi.NET

  在详细分析Delphi.NET实现之前，让我们先从感性上认识一下它：

//-----------------------------------------HelloWorld.dpr--
Program HelloWorld;

{$APPTYPE CONSOLE}

begin
  Writeln(''''Hello Delphi!'''');
end.
//-----------------------------------------HelloWorld.dpr--

  看上去是否很眼熟？没错，这是一个标准的Delphi控制台程序，
同时也可以直接使用Delphi.NET编译成一个真正的.NET程序

E:\Borland\Delphi.Net\demos\Hello>dccil HelloWorld.dpr
Borland Delphi Version 16.0
Copyright (c) 1983,2002 Borland Software Corporation
Confidential pre-release version built Nov 14 2002 17:05:31
HelloWorld.dpr(8)
9 lines, 0.28 seconds, 4816 bytes code, 0 bytes data.

E:\Borland\Delphi.Net\demos\Hello>peverify HelloWorld.exe

Microsoft (R) .NET Framework PE Verifier  Version 1.0.3705.0
Copyright (C) Microsoft Corporation 1998-2001. All rights reserved.

All Classes and Methods in HelloWorld.exe Verified

E:\Borland\Delphi.Net\demos\Hello>HelloWorld
Hello Delphi!

  先使用 dccil，Borland经典Delphi编译器DCC32的IL版本，
将Delphi的Object Pascal代码编译成.NET架构的IL中间语言文件，
类似Java中的ByteCode；
  再使用.NET Framework SDK附带的peverify验证程序有效性，
确认此HelloWorld.exe的确是.NET兼容的程序；
  最后运行HelloWorld.exe程序，得到我们期望的结果。

  看上去很美……不是吗？

  不过在这看上去简单的代码背后，Borland做了大量底层工作，提供Delphi在.NET架构上
最大限度的源代码级兼容性，甚至不惜增加新语言特性（Delphi从Delphi3/4开始，语法上就
已经很稳定了，或者说已经很成熟了）。

1.2. 结构

  用.NET Framework SDK附带的ILDASM工具打开HelloWorld.exe文件，
可以看到有两个名字空间Borland.Delphi.System和HelloWorld存在，
而MANIFEST里面是配件(Assembly)一级信息，详细含义请参加笔者另一系列文章
《MS.Net CLR扩展PE结构分析》，里面有详细解析。(.NET是M$的.NET架构的名称，
在实现一级其程序运行在CLR Common Language Runtime的环境中，类似Java中
虚拟机VM的概念，因此下文中对实现一级不再以.NET而以CLR称呼）
  与Delphi一样，Delphi.NET自动引用System单元的内容，只不过单元名称
变成了Borland.Delphi.System而已。这是Object Pascal增加的语言特性之一
——命名空间(namespace)，用于将类定义隔离在不同作用域中，以避免名字冲突。
  而HelloWorld命名空间则是根据项目或单元名称自动生成的，实际代码一般保存在此
命名空间的类中。

  我们先来看看代码所在的HelloWorld名字空间

.namespace HelloWorld
{
  .class /*0200000B*/ public auto ansi Unit
         extends [mscorlib/* 23000001 */]System.Object/* 01000001 */
  {
    ...
  } // end of class Unit

} // end of namespace HelloWorld

  HelloWorld名字空间中只定义了一个Unit类。Delphi.NET中，每一个单元(Unit)
都在自己的命名空间下有一个自动生成的Unit类，用于实现全局变量、全局函数等等特性。
因为CLR中是不存在独立于类之外的元素的，所有元素都必须以类形式组织，所以对Delphi.NET/C++
之类支持全局变量、函数的语言，必须用一个自动生成的伪类来包装。Delphi.NET为每个单元
生成一个Unit类，Managed C++等语言中则使用其它诸如<Module>之类的名字。
  因为我们的HelloWorld.dpr中没有定义自己的类，直接使用函数，所以在HelloWorld命名空间中，
只有一个Unit类，内容如下

.namespace HelloWorld
{
  .class /*0200000B*/ public auto ansi Unit
         extends [mscorlib/* 23000001 */]System.Object/* 01000001 */
  {
    .method /*06000027*/ private hidebysig specialname rtspecialname static
            void  .cctor() cil managed
    .method /*06000025*/ public hidebysig specialname rtspecialname
            instance void  .ctor() cil managed

    .method /*06000026*/ public hidebysig static void  $WakeUp() cil managed
    .method /*06000023*/ public static void Finalization() cil managed

    .method /*06000024*/ public static void HelloWorld() cil managed
  }
}

  其中.cctor()和.ctor()函数分别是类Unit的静态/动态构造函数，负责对Unit
进行类和对象一级的构造工作。
  对Delphi来说，构造函数所在级别是介于类和对象之间的。

  TMyClass = class
  public
    constructor Create;
  end;

  var
    Obj: TObject;
  begin
    Obj := TMyClass.Create;
    try
      //...
    finally
      FreeAndNil(Obj);
    end;
  end;

  这里的Create由constructor关键字定义为构造函数，实现上类似类函数
(class function)，隐含传入一个指向其元类(MetaClass)的指针和一个标志，
相对的普通成员函数隐含传入一个指向其实例的指针，也就是众所周知的Self。
而在构造函数中，调用时类似调用类函数传入其元类指针，函数中由编译器自动添加
_ClassCreate函数调用TObject.NewInstance分配内存并初始化对象，
将Self改为指向真正的对象。

  在Delphi.NET中，.ctor()类似于Delphi中的构造函数，用于在分配内存空间后
构造对象实例，其被调用时，对象所需内存已经分配完毕，所有成员变量被初始化为
0、false或null。也就是说Delphi中构造函数的功能在CLR中被分为两部分，
分配和初始化内存功能由IL指令newobj完成，调用用户代码初始化对象功能由其构造函数
被newobj或initobj指令调用完成，前者用于在堆中分配并初始化对象，后者用于
调用构造函数初始化在堆栈上分配好的内存。
  而.cctor()则是CLR中特有的静态构造函数概念，其代码由CLR保证在此类的任意成员
被使用之前调用，初始化类的静态成员。因而可以存在至多一个不使用参数的静态构造函数。
  因为.ctor()和.cctor()函数都是有CLR内部使用的，因而定义其函数标志为
hidebysig specialname rtspecialname，分别表示此函数以函数整个定义而并非
仅仅以名字来区分，避免命名冲突；函数名对系统和CLR有特殊意义。
详细介绍请参加笔者另一系列文章《MS.Net CLR扩展PE结构分析》，里面有详细解析.

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