Intermediate Language Basics - The final. http://www.kekyo.net/2016/03/22/5710

1. 真
Intermediate Language
のキホン
2016.3.19 第六回CENTER CLR勉強会 KOUJI MATSUI (@KEKYO2)

2. 自己紹介
けきょ (@kekyo2)
ロードバイク乗り
Microsoft MVP for Visual Studio and Development Technology
認定スクラムマスター・スクラムプロダクトオーナー
Center CLRオーガナイザー

3. ようこそ
最近、VRとか話題に上っておりますね。
私もGAME ONでプレステVR体感してきましたよ。
IBMとかなんちゃってSAOとかやってるようで、気合の入り方
が斜め上ですなぁ。
インサイド: http://www.inside-games.jp/article/2016/03/17/96944.html

4. 本日は
それはさておき、本日はIntermediate Language（中間言語）の
お話です。
「よく来たなひよっこどもよ」

5. 本日は
ILは基礎的な学問でいう所の「算数」みたいなもので、とにか
くやって理解するのが近しい。応用の事は2の次。
なので、
よく言えばワークショップ
悪く言えば算数ドリル

6. はじめに

7. 導入
前回結構大変だったので、今回は最初に少しだけ抑えるべき
ところを説明しておきます。
① ILで覚えておく最初のことは、
「System.Reflection.Emit名前空間」だ。
◦ MSDNやILSpyで調べる足掛かりにする。

8. 導入
「System.Reflection.Emit.OpCodesクラス」
◦ このクラスに「オプコード」の定義が含まれている。
コードから使えるよう
にする利便性のため
（Meta-programming）

9. 導入
②オプコード（OpCode）とは:
◦ CLRが理解できる中間言語（バイトコード）
CLR
OpCode.Ldarg
OpCode.Add
OpCode.Ldfld
OpCode.Call
OpCode.Ret
0x20
0x58
0x7b, &_v
0x28, &ToString
0x2a

10. 導入
③ OpCodeにはいくつか種類がある
◦ 定数系: Ldc Ldstr Ldnull Ldtoken
◦ 引数操作系: Ldarg Starg
◦ ローカル変数系: Ldloc Stloc
◦ フィールド操作系: Ldfld Stfld
◦ 配列操作系: Ldelem Stelem Newarr
◦ 計算系: Add Sub Mul Div And Or Xor Not Shl Shr
◦ 生成系: Newobj Dup
◦ 型変換系: Conv Castclass Box Unbox
◦ 遷移系: Br Call Callvirt Ret Throw Rethrow Switch
◦ その他: Ldind Stind Localloc

11. 導入
④スタック操作・スタックマシンとは:
◦ CLRがバイトコード由来で動作するための基礎となる構造
CLR
1. Ldarg
3. Add
2. Ldfld
CLR Stack
123
456

12. 導入
④スタック操作・スタックマシンとは:
◦ CLRがバイトコード由来で動作するための基礎となる構造
CLR
3. Add
CLR Stack
123
456
123
456
579

13. 導入
④スタック操作・スタックマシンとは:
◦ CLRがバイトコード由来で動作するための基礎となる構造
CLR
3. Add
CLR Stack
579
579

14. いよいよ実践

15. 準備
適当にチーム分けします。
チームには少なくともVisual Studioが入ったPCを。
GitHub:
https://github.com/kekyo/CenterCLR.ReflectionEmitTemplate.git
Macの人は、可能ならVisual Studio Codeと.NET Core5をインスコ
（あんまりフォローできないけど、ソースはnetcore5で動くよ
うにしてあります）
ILSpy必須（Bingる）

16. Part 1
引数の値に1を加算して返すようにする。
ポイント：
◦ 引数の値はどうやって取得するか
◦ 加算するにはどうするか
ヒント：
◦ 引数操作系: Ldarg Starg (MSDNのOpCodesクラスを見る）
◦ 計算系: Add Sub Mul Div And Or Xor Not Shl Shr
◦ 戻り値を返すには？ 元のコードはどうなっていた？

17. Part 2
引数を増やして、加算して返す
ポイント：
◦ 引数を増やすためには、Emitterも変更する必要がある。
ヒント：
◦ DefineMethodとは

18. Part 3
引数の文字列を値に変換する
ポイント：
◦ Convert.ToInt32メソッドを使う事にする
◦ メソッドを呼び出すにはCallオプコードを使う
◦ 沢山のオーバーロードからどうやって絞り込むか？
ヒント：
◦ MethodInfoはType.GetMethodsで取得する

19. Part 4
二つの引数の値をstring.Formatでフォーマットする
ポイント：
◦ String.Formatメソッドのオーバーロードをどうやって特定するか？
◦ 型が違う場合は、変換する必要がある
ヒント：
◦ MethodInfoはType.GetMethodで取得する
◦ 型変換のIL命令は2種類ある
◦ object hoge = 123; という式の暗黙変換の事を何て言ったっけ？

20. Part 5
インスタンスメソッドを作る（仕様はPart4のまま）
ポイント：
◦ テンプレートコードはstaticメソッドを作って、そのデリゲートを返す。だか
らEmitterを変更する必要がある
◦ インスタンスメソッドを実行するには、インスタンスが必要（インスタンス
の生成はILでやらなくて良い）
◦ thisはどこにあるのか
◦ デフォルトコンストラクタを定義する
ヒント：
◦ DefineMethodのフラグによって、定義するメソッドの属性が変わる
◦ インスタンスメソッドの第0引数がthis
◦ Activatorクラス

21. Part 6
フィールドを作り、前回の結果も加えて結果を計算する
ポイント：
◦ TypeBuilderを使ってフィールドを定義する
◦ フィールドにアクセスするIL命令
ヒント：
◦ 「フィールドの値を読み書き」と言うより、「フィールドの値をス
タックに積んだり出したり」

22. Part 7
C#で書いたクラスを継承する
ポイント：
◦ クラスはpublicでnon-sealedで定義する
◦ クラスのコンストラクタは呼び出し可能でなければならない
ヒント：
◦ 「継承するクラス型の指定」は、どこで定義される情報なのか？

23. Part 8
継承クラスのインスタンスメソッドを呼び出す
ポイント：
◦ 継承元のクラスのメソッド定義を入手して呼び出す
◦ 呼び出しにthisが必要
ヒント：
◦ なし

24. Part 9
継承してオーバーライドされた仮想メソッドを呼び出す
ポイント：
◦ 基底クラスのメソッド情報を使う
◦ オーバーライドされたメソッドが呼び出される
ヒント：
◦ 仮想メソッドを呼び出すIL命令

25. Part 10
オーバーライドされた仮想メソッドを無視し、基底メソッド
を呼び出す
ポイント：
◦ C#では実現できない
ヒント：
◦ IL命令は実直

26. Part 11
クラスのインスタンスを生成する
ポイント：
◦ newするには？
◦ コンストラクタとは
ヒント：
◦ newに対応するIL命令と、その引数

27. Part 12
プロパティを読み書きする
ポイント：
◦ プロパティ情報を取得する
◦ Getter/Setterメソッドとは
ヒント：
◦ なし

28. Part 13
Windows Formを表示し、タイトルバーに”Hello IL”と表示する
ポイント：
◦ Formクラスを使い、インスタンスを生成し、プロパティにアクセスす
る
◦ ShowDialogメソッドを呼び出して表示する
ヒント：
◦ なし

29. その他のトピック
デリゲートの生成：
◦ Delegate.CreateDelegateとかをいじってからILに望むと吉。
イベント：
◦ プロパティと非常によく似ている。実態はadd/removeメソッド。
仮想メソッドのオーバーライド：
◦ まずDefineMethodでメソッドを定義してから、DefineMethodOverrideで
基底メソッド定義と関連付ける。
インターフェイス型定義と実装：

30. あとはほとんど応用だ！
ILで書く範囲を少なくできるように工夫する。
◦ 例：基底クラスやユーティリティクラスをC#で書いておき、複雑だがIL
書かなくてもよい処理をオフロードする
Emitは色々つらいので、他の方法も理解しておく。
◦ Emitは実行環境が限られる。Standard CLRやCore5ではサポートされてい
るが、UWPとかダメ
◦ Emitでコードを量産しようとしている → T4テンプレートを使うと、似
たようなソースコードをマクロ的に大量生産できる
◦ 動的型定義はなく、単に高速実行可能な動的言語がほしい → 式木を
使う（式木構造について理解が必要だが、不正なILを作ってしまう危険
はない）
◦ サードパーティライブラリを使う（Mono.CecilはCLRに依存しないでバ
イナリを生成できる・Emit定義が楽になる各種補助ライブラリとか）

31. がんばりました！！