CLI と BCL

CLI と BCL
荒井省三
日本マイクロソフト株式会社

アジェンダ
• CLI とは
• 共通型システム (CTS)
• .NET Standard Library
• まとめ

標準化
• Common Language Infrastructure
ISO/IEC 2721
ECMA-335
JIS X3016
• Microsoft Open Promise
• Microsoft Reference Source
• .NET Core - MIT License

CLI とは (※)
• 第1章概念とアーキテクチャ
• 第2章メタデータ定義及び意味論
• 第3章 CIL 命令集合
• 第4章プロファイル及びライブラリ
• 第5章デバッグ情報交換形式
• 第6章付属書
適用範囲、見本プログラム、CIL アセンブラの実装、
クラスライブラリの設計ガイドライン、可搬性に関する考察、
厳密でない違反、並列ライブラリ
※JIS X3016 より引用

第 1 章概念とアーキテクチャ (※)
• 6. 共通言語基盤の概要
型安全との関係、管理下駆動実行との関係
• 7. 共通言語仕様 (CLS)
• 8. 共通型システム (CTS)
• 9. メタデータ
• 10. 共通言語仕様のための名前及び型の規則

6. 共通言語基盤の概要 (※)
• 共通型システム (CTS)
• メタデータ
• 共通言語仕様 (CLS)
• 仮想実行システム (VES)
仮想実行システム（VES）はCTSモデルを実装し強制する。VESは，
CLIのために書かれたプログラムのロード及び実行を行う。
• CLIのこれらの側面は，分散コンポーネント及びアプリケーション
を設計し，開発し，配置し，実行するための統一フレームワークを
形作る。

第 2 章メタデータ及び意味論 (※)
• 24. メタデータの物理的な配置
PE (Portable Executable) フォーマット
PE ヘッダー
PE 拡張ヘッダー
メタデータ
ヘッダー
メタデータ

CLI と仮想実行システムの関係
CLI
VES
CTS
CLS

CLI と実装系の関係とは
CLI/VES
CoreCLRCLR
Mono
Runtime

VES の仕組みを考えてみる
アセンブリメタデータ
ローダー実行時クラス情報
EEClass
クラス
ローダー
フィールドデータ
インスタンス
メソッドテーブル
メソッドA
メソッドB
メソッドC
…
CIL テーブル
実装A
実装B
実装C
…
Native Cache
実装A
実装B
実装C
…
JIT
実行時クラス
インスタンス

VES の特徴
• ターゲットを特定していない仮想実行システム
• アセンブリ (PE フォーマット) をロードする
• 管理下データ (Managed Data) = GC
• 型安全 (Type Safe) = スタックウォークなど
• アプリケーションドメインが実行単位
CLRは、アプリ、Shared、System の 3ドメイン
• コードの最適化 = JIT による実行時の最適化
ターゲットプラットフォームごとに異なる JIT 実装が可能
AOT や NGEN は、実行時の最適化ではない

1.8 共通型システム
• 目的：関数型、手続型、オブジェクト指向にも提供される
型
値型参照型 AppDomain 内の同一性
AssemblyLoadContext
Built-in 利用者定義自己記述 Interface ポインタ Built-in
delegate
array
基底クラスは、System.Object
CLR は mscorlib.dll、CoreCLR 2.x は System.Private.CoreLib.dll
Object
String

.NET Standard とは何か
• BCL あるいは FCL を置き換えるための仕様
• パッケージの依存関係を管理するためのメタパッケージ
• CoreFx のアセンブリ群は、細分化されたパッケージで構成
• バージョンは、各パッケージの開発ペースで変化
• ターゲットプラットフォーム単位にサポートバージョンを定義
• 2.0 と 1.6 では仕組みが大幅に変更となった

.NET Core と Target Platform
• 対象フレームワークに応じてメタパッケージを決定
対象フレームワーク最新Ver フレームワークモニカ NET Standard メタパッケージ
.NET Standard 2.0 netstandard2.0 N/A NETStandard.Library
Net Core App 2.0 netcoreapp2.0 2.0 Microsoft.NetCore.App
.NET Framework 4.7.1 net47 1.5 N/A

.NET Core とパッケージ
• ターゲットプラットフォーム
• メタパッケージを決定
• メタパッケージ
• パッケージの依存関係を定義
• .NET Standard 2.0 では状況が異なる
• パッケージ
• nuget パッケージ
• マルチプラットフォームサポート
• Runtime.json によるプラットフォーム識別子

test.csproj
• フレームワークを「netcoreapp2.0」と定義
• Microsoft.NET.Sdk が、.NET Core SDK を意味する
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>netcoreapp2.0</TargetFramework>
</PropertyGroup>
</Project>

project.assets.json 抜粋 1/3
{
"version": 3,
"targets": {
".NETCoreApp,Version=v2.0": {
"Microsoft.NETCore.App/2.0.0": {
"type": "package",
"dependencies": {
"Microsoft.NETCore.DotNetHostPolicy": "2.0.0",
"Microsoft.NETCore.Platforms": "2.0.0",
"NETStandard.Library": "2.0.0"
},
"compile": {
"ref/netcoreapp2.0/Microsoft.CSharp.dll": {},
"ref/netcoreapp2.0/Microsoft.VisualBasic.dll": {},
"ref/netcoreapp2.0/Microsoft.Win32.Primitives.dll": {},
"ref/netcoreapp2.0/System.AppContext.dll": {},
"ref/netcoreapp2.0/System.Buffers.dll": {},

project.assets.json 抜粋続き 2/3
"Microsoft.NETCore.Platforms/2.0.0": {
"type": "package",
"compile": {
"lib/netstandard1.0/_._": {}
},
"runtime": {
}
},
"NETStandard.Library/2.0.0": {
"type": "package",
"dependencies": {
"Microsoft.NETCore.Platforms": "1.1.0"
},
"compile": {
},
"runtime": {

project.assets.json 抜粋続き 3/3
"NETStandard.Library/2.0.0": {
"sha512":
"7jnbRU+L08FXKMxqUflxEXtVymWvNOrS8yHgu9s6EM8Anr6T/wIX4nZ08j/u3Asz+tCufp3YVwFSEvFTPYm
BPA==",
"type": "package",
"path": "netstandard.library/2.0.0",
"files": [
"LICENSE.TXT",
"THIRD-PARTY-NOTICES.TXT",
"build/NETStandard.Library.targets",
"build/netstandard2.0/NETStandard.Library.targets",
"build/netstandard2.0/ref/Microsoft.Win32.Primitives.dll",
"build/netstandard2.0/ref/System.AppContext.dll",
"build/netstandard2.0/ref/System.Collections.Concurrent.dll",
"build/netstandard2.0/ref/System.Collections.NonGeneric.dll",
"build/netstandard2.0/ref/System.Collections.Specialized.dll",

型を参照するとは何か
using System;
namespace ConsoleApplication
{
public class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Hello World!");
var s = Console.ReadLine();
}
}
}

メタデータ 1/2
Token Version Flags PublicKey Name Culture HashValue
23000001 4.1.0.0 0 b03f5f7f11d50a3a System.Runtime
23000002 4.0.0.0 0 b03f5f7f11d50a3a System.Console
AssemblyRef(0x23)
Token ResolutionScope Name Namespace
01000003 23000001 DebuggableAttribute System.Diagnostics
…
01000008 23000001 Object System
01000009 23000002 Console System
TypeRef(0x01)
TypeRef メタデータは、ResolusionScope によってアセンブリを特定する
AssemblyRef メタデータは、アセンブリ識別子を記録している

メタデータ 2/2
Token ResolutionScope Name Namespace
01000003 23000001 DebuggableAttribute System.Diagnostics
…
01000008 23000001 Object System
01000009 23000002 Console System
TypeRef(0x01)
Token MemberRefParent Name Signature
0a000001 01000001 .ctor 0x20010108 (引数1、I4、void)
…
0a000007 01000009 WriteLine 0x0001010e (引数1、string、void)
0a000008 01000009 ReadLine 0x00000e (引数無し、string)
MemberRef(0x0a)
シグネチャは、メソッドの呼び出し規約、パラメータ、戻り値などを符号化した値
シグネチャによって、オーバーロードされたメソッドを特定できる

Bait and Switch
• 型を参照することをメタデータでは
• アセンブリ参照（アセンブリ識別子）
• 型（クラス）名
• メソッド名とメソッドシグネチャ
• パッケージシステムを使ったテクニック
• コンパイル時は、メタデータのみを解決
• 配布時にプラットフォーム固有のアセンブリに置き換える
• メタデータの特徴を活用したテクニック
• AssemblyRef, TypeRef, MemberRef

まとめ
• .NET Core とは CLI を実装したもの
• CLR と完全に同じではない
• AssemblyLoadContext – AppDomain
• マルチプラットフォーム対応
• Bait and Switch テクニックによる
• .NET Standard ライブラリ
• API セットによる依存関係管理の仕組み
• Target Platform になることで、Bait and Switch を支援

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