c# - 为什么基于堆栈的 IL 字节码中有局部变量

Question

在基于堆栈的中间语言中，例如 CIL 或 Java 字节码，为什么会有局部变量？ 可以只使用堆栈。手工制作的 IL 可能不是那么容易，但编译器肯定可以做到。但是我的 C# 编译器没有。

堆栈和局部变量都是方法私有(private)的，并且在方法返回时超出范围。所以它与从方法外部(从另一个线程)可见的副作用没有任何关系。

如果我是正确的，JIT 编译器在生成机器代码时会消除对堆栈槽和局部变量的加载和存储，因此 JIT 编译器也看不到对局部变量的需要。

另一方面，C# 编译器会为局部变量生成加载和存储，即使在启用优化的情况下进行编译也是如此。为什么？

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例如，以下人为设计的示例代码:

static int X()
{
    int a = 3;
    int b = 5;
    int c = a + b;
    int d;
    if (c > 5)
        d = 13;
    else
        d = 14;
    c += d;
    return c;
}

当在 C# 中编译时，经过优化，它会产生:

    ldc.i4.3        # Load constant int 3
    stloc.0         # Store in local var 0
    ldc.i4.5        # Load constant int 5
    stloc.1         # Store in local var 1
    ldloc.0         # Load from local var 0
    ldloc.1         # Load from local var 1
    add             # Add
    stloc.2         # Store in local var 2
    ldloc.2         # Load from local var 2
    ldc.i4.5        # Load constant int 5
    ble.s label1    # If less than, goto label1
    ldc.i4.s 13     # Load constant int 13
    stloc.3         # Store in local var 3
    br.s label2     # Goto label2
label1:
    ldc.i4.s 14     # Load constant int 14
    stloc.3         # Store in local var 3
label2:
    ldloc.2         # Load from local var 2
    ldloc.3         # Load from local var 3
    add             # Add
    stloc.2         # Store in local var 2
    ldloc.2         # Load from local var 2
    ret             # Return the value

注意四个局部变量的加载和存储。我可以在不使用任何局部变量的情况下编写完全相同的操作(忽略明显的常量传播优化)。

    ldc.i4.3        # Load constant int 3
    ldc.i4.5        # Load constant int 5
    add             # Add
    dup             # Duplicate top stack element
    ldc.i4.5        # Load constant int 5
    ble.s label1    # If less than, goto label1
    ldc.i4.s 13     # Load constant int 13
    br.s label2     # Goto label2
label1:
    ldc.i4.s 14     # Load constant int 14
label2:
    add             # Add
    ret             # Return the value

这对我来说似乎是正确的，而且更短、更高效。那么，为什么基于堆栈的中间语言会有局部变量呢？为什么优化编译器如此广泛地使用它们？

Answer 1

视情况而定，尤其是当涉及必须重新排序参数以匹配调用的调用时，如果您没有可供使用的寄存器或变量，那么纯堆栈是不够的。如果你想让这个堆栈成为唯一的，你需要额外的堆栈操作能力，比如交换/交换堆栈顶部的两个项目的能力。

最后，虽然在这种情况下可以将所有内容都表达为纯粹基于堆栈的，但它会给代码增加很多复杂性，使其膨胀并使其更难以优化(局部变量是理想的缓存在寄存器中的候选者)。

还请记住，在 .NET 中，您可以通过引用传递参数，如果没有局部变量，您如何为该方法调用创建 IL？

bool TryGet(int key, out string value) {}