c# - C# 中用于捕获委托(delegate)的循环反汇编的无用变量？

Question

我试着看一下 this old question 中发布的代码的反汇编，我发现了一些奇怪的东西。

为了清楚起见，这里是源代码:

class ThreadTest
{
    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
            new Thread(() => Console.WriteLine(i)).Start();
    }
}

(当然这个程序的行为是出乎意料的，这不是这里的问题。)

这是我在反汇编时看到的:

internal class ThreadTest
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        int i;
        int j;
        for (i = 0; i < 10; i = j + 1)
        {
            new Thread(delegate
            {
                Console.WriteLine(i);
            }).Start();
            j = i;
        }
    }
}

j 在那里做什么？这是字节码:

.method private hidebysig static 
    void Main (
        string[] args
    ) cil managed 
{
    // Method begins at RVA 0x2050
    // Code size 64 (0x40)
    .maxstack 2
    .entrypoint
    .locals init (
        [0] class ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0' 'CS$<>8__locals0',
        [1] int32
    )

    IL_0000: newobj instance void ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::.ctor()
    IL_0005: stloc.0
    IL_0006: ldloc.0
    IL_0007: ldc.i4.0
    IL_0008: stfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
    IL_000d: br.s IL_0035
    // loop start (head: IL_0035)
        IL_000f: ldloc.0
        IL_0010: ldftn instance void ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::'<Main>b__0'()
        IL_0016: newobj instance void [mscorlib]System.Threading.ThreadStart::.ctor(object, native int)
        IL_001b: newobj instance void [mscorlib]System.Threading.Thread::.ctor(class [mscorlib]System.Threading.ThreadStart)
        IL_0020: call instance void [mscorlib]System.Threading.Thread::Start()
        IL_0025: ldloc.0
        IL_0026: ldfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
        IL_002b: ldc.i4.1
        IL_002c: add
        IL_002d: stloc.1
        IL_002e: ldloc.0
        IL_002f: ldloc.1
        IL_0030: stfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i

        IL_0035: ldloc.0
        IL_0036: ldfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
        IL_003b: ldc.i4.s 10
        IL_003d: blt.s IL_000f
    // end loop

    IL_003f: ret
} // end of method ThreadTest::Main

但这是最奇怪的事情。如果我像这样更改原始代码，将 i++ 替换为 i = i + 1:

class ThreadTest
{
    static void Main(string[] args)
    {
        for (int i = 0; i < 10; i = i + 1)
            new Thread(() => Console.WriteLine(i)).Start();
    }
}

我明白了:

internal class ThreadTest
{
    private static void Main(string[] args)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            new Thread(delegate
            {
                Console.WriteLine(i);
            }).Start();
        }
    }
}

这正是我所期望的。

这是字节码:

.method private hidebysig static 
    void Main (
        string[] args
    ) cil managed 
{
    // Method begins at RVA 0x2050
    // Code size 62 (0x3e)
    .maxstack 3
    .entrypoint
    .locals init (
        [0] class ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0' 'CS$<>8__locals0'
    )

    IL_0000: newobj instance void ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::.ctor()
    IL_0005: stloc.0
    IL_0006: ldloc.0
    IL_0007: ldc.i4.0
    IL_0008: stfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
    IL_000d: br.s IL_0033
    // loop start (head: IL_0033)
        IL_000f: ldloc.0
        IL_0010: ldftn instance void ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::'<Main>b__0'()
        IL_0016: newobj instance void [mscorlib]System.Threading.ThreadStart::.ctor(object, native int)
        IL_001b: newobj instance void [mscorlib]System.Threading.Thread::.ctor(class [mscorlib]System.Threading.ThreadStart)
        IL_0020: call instance void [mscorlib]System.Threading.Thread::Start()
        IL_0025: ldloc.0
        IL_0026: ldloc.0
        IL_0027: ldfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
        IL_002c: ldc.i4.1
        IL_002d: add
        IL_002e: stfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i

        IL_0033: ldloc.0
        IL_0034: ldfld int32 ConsoleApplication2.ThreadTest/'<>c__DisplayClass0_0'::i
        IL_0039: ldc.i4.s 10
        IL_003b: blt.s IL_000f
    // end loop

    IL_003d: ret
} // end of method ThreadTest::Main

为什么编译器在第一个场景中添加了j？

注意:我使用的是 VS 2015 Update 3，.NET Framework 4.5.2，在 Release模式下编译。

Answer 1

因为在语义上，当你编写i++时，编译器需要保留i的原始值，以便它可以用作表达式的结果值。

编译器通过引入一个新变量来实现这一点，如果需要，可以在其中保留新值，直到使用 i 中的旧值。因此，旧值 i 仍然可以读取，直到更新的 j 值被复制到 i 中。当然，在这种情况下，将 add 指令的结果复制到 j 后会立即发生，因为实际上没有代码需要该值。但是，有那么一刻 i 的值仍然是旧值，如果需要的话可以使用它。

你可能会争论:

But, I never use that value. Why does the compiler keep it? Why not just write the result of the add directly into i instead of storing it in j first?

C# 编译器不负责优化。它的主要工作是将 C# 代码翻译成 IL。事实上，我想说这项工作的一部分是不是非常努力地优化事物，而是遵循通用的实现模式，使 JIT 编译器更容易， 负责优化。

通过不包括优化这种退化场景的逻辑，可以更轻松地确保 C# 编译器生成正确的 IL，并以可预测、更易于优化的方式进行生成。