說在，開篇之前
很早就有說說Metadata（元數據）和IL（中間語言）的想法了，一直在這篇開始才算腳踏實地的對這兩個階級兄弟投去些細關懷，雖然來得沒有《第一回：恩怨情仇：is和as》那麼迅速，但是Metadata和IL卻是絕對重量級的內容，值得我們在任何時間關注，本文就是開始。
1 引言
你可曾想到，我們的C#代碼，編譯之後究竟為何物？你可曾認知，我們的可執行程序，運行之時的軌跡究竟為哪般？那麼，本文通過對Metadata（元數據）和IL（Intermediate Language, 中間語言）的認識開始，來逐步給出答案。在這個探索軌跡上，元數據、IL、程序集、程序域、JIT、虛分派、方法表和托管堆這些形形色色的神秘嘉賓將在某個時刻不期而遇，作為你必須知道的.NET 系列2.0版本的一部分，本文首先從認識元數據和IL這兩位重量級選手開始，而其他的嘉賓也將很快登場。
2 初次接觸
在事實上，編譯之後的cs代碼被組織為兩種基本的元素：元數據（Metadata）和IL。我們可以以最簡單的方式來了解程序集（*.dll）或可執行文件（*.exe）中包含的Metadata和IL的秘密，這種方式就是我們常說的反編譯，打開ILDasm並加載實現准備的程序集，我們可以看到托管PE文件的相關內容：
詳細的結構信息和IL代碼分析，可以參見[你必須知道的.NET]第3章 “一切從IL開始”的介紹，在此就不做太多的分析。另外，我們可以通過執行“View/MetaInfo/Show!”或者Ctrl+M快捷鍵來獲取該程序集所使用的MetaData信息列表：
其中該程序集使用的元數據主要有：Module、TypeRef、TypeDef、Method、Param、MemberRef、CostomAttribute、Assembly、AssemblyRef等，同時還包括#Strings、#GUID、#Blob、#US堆等。
當然，關於ILDasm工具，還有很多好玩的使用方式來滿足我們探索IL代碼的好奇心，例如：
ildasm Anytao.Insidenet.MetadataIL.exe /output:my.il，將反編譯結果導出為il代碼格式，生成一個my.il包含了所有的IL代碼和一個my.res包含了所有的資源文件。
ildasm Anytao.Insidenet.MetadataIL.exe /text，將反編譯結果以Console形式輸出。
當然我們還是推薦以GUI形式來查看IL細節，組織結構良好的Class View：
ildasm Anytao.Insidenet.MetadataIL.exe
下面首先給出參與編譯的相關代碼文件，然後再展開我們對Metadata和IL的討論：
// Release : code01, 2009/02/12
// Author : Anytao, http://www.anytao.com
// List : One.cs
public class One
{
public int ID { get; set; }
}// Release : code02, 2009/02/12
// Author : Anytao, http://www.anytao.com
// List : Two.cs
public class Two
{
public string SayHello()
{
return "Hello, world.";
}
}// Release : code03, 2009/02/12
// Author : Anytao, http://www.anytao.com
// List : Program.cs
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int id = 1;
One one = new One();
one.ID = id;
Two two = new Two();
Console.WriteLine(two.SayHello());
}
}
接著，我們對上述程序的編譯執行過程進行一點探索，以命令行編譯器來演化其大致的編譯過程，以此進一步了解托管模塊，程序集和可執行文件之間的關系：
打開Visual Studio 2008 Command Prompt，並定位到cs代碼所在文件夾，編譯One.cs為托管模塊，執行命令：
csc /t:module One.cs
執行之後，將生成名為One.netmodule文件；
繼續執行，將多個模塊打包為程序集
csc /t:library /addmodule:One.netmodule Two.cs
執行之後，將生成名為Two.dll文件；
最後，編譯Main函數和Two.dll為可執行文件
csc /out:Anytao.Insidenet.MetatdataIL.exe /t:exe /r:Two.dll /r:mscorlib.dll Program.cs
最終將得到本文開始時所加載的用於反編譯的程序集文件Anytao.Insidenet.MetadataIL.exe，在該執行命令中對幾個指示符開關做點說明：
/out:Anytao.Insidenet.MetadataIL.exe，表示輸出的可執行文件，及其名稱
/t:exe，表示輸出的文件類型為CUI（控制台界面程序）程序；而/t:winexe，表示輸出為GUI（圖形界面程序）程序
/r:Two.dll，表示引用剛剛生產的Two.dll程序集
/r:mscorlib.dll，表示因為外部程序集mscorlib.dll，因為我們的程序中使用了Console靜態方法，而該方法則被定義在mscorlib.dll中。mscorlib.dll是如此的重要，我們將在本文之後的某些時候再次與mscorlib.dll握手，那時在對其進行一個詳細的分析，敬請期待。
在cmd中的執行過程可以參考：
通過分步執行的方式我們對csc編譯器的執行過程有個基本的了解，也同時從側面認識了每次在Visual Studio中執行“Build“或者“ReBuild”的縮影。綜上分析，我們可以簡單的看到：
Note：在Visual Studio中，編譯是分模塊進行的，編譯結果保存在obj目錄中，最後再合並為可執行文件於bin目錄，同時默認情況下，編譯過程是增量式的，僅編譯發生修改的模塊，我將在後文給出較為詳細的過程。
同時，我們還可以收獲以下幾個基本的結論：
cs代碼編譯之後將生成元數據和IL，並組成托管模塊（Module）的基本單元。
多個托管模塊組成程序集，其實還包括一定的資源文件，只是沒有在此體現。
程序集或者可執行文件是邏輯組織的基本單元，符合基本的Windows PE文件格式，可以被x86或者x64Windows直接加載執行。
3 繼續深入
一個或者多個模塊，再加上資源文件就形成了程序集（Assembly），作為邏輯組織的基本單元，
事實上，此圖僅僅從粗粒度對程序集的基本組成有個大致的了解，實際上程序集中包含了復雜的結構和要素，例如PE Signature、Managed Resources、Strong Name Signature Hash，而其中最核心的要素則體現在上圖。
程序集清單（MANIFEST）包含了程序集的自描述信息，主要包含AssemblyDef、FileDef、ManifestResourceDef和ExportedTypeDef，在反編譯選項中MANIFEST包含了詳細的內容。在《你必須知道的.NET》3.1節 “從Hello，world開始認識IL”對其有過詳細的描述，此不贅述。
PE文件頭，標准Windows PE頭文件（PE32或PE32+），PE文件的基本信息，例如文件類型，創建時間，本地CPU信息等。
CLR頭，包含CLR版本、模塊元數據、資源等信息。
資源文件。
執行View/Statisctics菜單，可以打開相關的統計信息：
File size : 5632
PE header size : 512 (496 used) ( 9.09%)
PE additional info : 1691 (30.02%)
Num.of PE sections : 3
CLR header size : 72 ( 1.28%)
CLR meta-data size : 2212 (39.28%)
CLR additional info : 0 ( 0.00%)
CLR method headers : 52 ( 0.92%)
Managed code : 287 ( 5.10%)
Data : 2048 (36.36%)
Unaccounted : -1242 (-22.05%)
Num.of PE sections : 3
.text - 3072
.rsrc - 1536
.reloc - 512
CLR meta-data size : 2212
Module - 1 (10 bytes)
TypeDef - 4 (56 bytes) 0 interfaces, 0 explicit layout
TypeRef - 25 (150 bytes)
MethodDef - 8 (112 bytes) 0 abstract, 0 native, 8 bodies
FieldDef - 1 (6 bytes) 0 constant
MemberRef - 29 (174 bytes)
ParamDef - 2 (12 bytes)
CustomAttribute- 16 (96 bytes)
StandAloneSig - 4 (8 bytes)
PropertyMap - 1 (4 bytes)
Property - 1 (6 bytes)
MethodSemantic- 2 (12 bytes)
Assembly - 1 (22 bytes)
AssemblyRef - 1 (20 bytes)
Strings - 920 bytes
Blobs - 328 bytes
UserStrings - 68 bytes
Guids - 16 bytes
Uncategorized - 192 bytes
CLR method headers : 52
Num.of method bodies - 8
Num.of fat headers - 4
Num.of tiny headers - 4
Managed code : 287
Ave method size - 35
我們將在後篇《深入程序集和模塊》中對PE頭，CLR頭和資源文件進行詳細論述。
IL代碼被組織為
.class public auto ansi beforefieldinit Anytao.Insidenet.MetadataIL.Two
extends [mscorlib]System.Object
{
.method public hidebysig instance string
SayHello() cil managed
{
// Code size 11 (0xb)
.maxstack 1
.locals init ([0] string CS$1$0000)
IL_0000: nop
IL_0001: ldstr "Hello, world."
IL_0006: stloc.0
IL_0007: br.s IL_0009
IL_0009: ldloc.0
IL_000a: ret
} // end of method Two::SayHello
.method public hidebysig specialname rtspecialname
instance void .ctor() cil managed
{
// Code size 7 (0x7)
.maxstack 8
IL_0000: ldarg.0
IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
IL_0006: ret
} // end of method Two::.ctor
} // end of class Anytao.Insidenet.MetadataIL.Two
包裝在類似於匯編模樣的外衣下，我看依稀可見class, System.Object, method, public, string這些面向對象高級語言中的熟悉面孔，不同的只是多了很多benforefieldinit（參考：[你必須知道的.NET]第二十三回：品味細節，深入.NET的類型構造器）, ret, maxstack, ldstr, stloc這些陌生的指令。然而IL並非一個怪胎，而正是基於其本身面向對象的匯編式風格，才造就了IL代碼成為名副其實的“中間語言”的重任。通過IL代碼，CLR就可在編譯時由JIT編譯轉換為Native Code，我們將在下節繼續分析這個過程的來龍去脈。
