Unity中的C#底层原理

一、Unity如何运行C#

1.1 Mono和IL2CPP

了解Mono和IL2CPP之前我们先了解一下.NET FrameWork和IL（CIL）,.NET FrameWork是Windows的托管环境，可为其运行的应用提供各种服务，主要包括两个组件:公共语言运行时（CLR）,它是处理运行应用的执行引擎;NET FrameWork类库：它提供开发人员可从其自己的应用中调试的已测试、可重用代码库.

• Mono:基于Unity的一个开源、跨平台的.NET框架实现,C#脚本先被Mono的C#的编辑器转换为中间语言IL（公共中间语言CIL），然后在Mono虚拟机上运行，这种方式支持跨平台运行，但是需要在目标平台上安装或移植Mono虚拟机

• IL2CPP:IL代码被转换为C++源代码，然后编译成目标平台的本地代码，这种方式能够提高了运行效率，并且可以在不支持JIT的编译器的平台上运行，如IOS和某些游戏主机平台.

• Mono运行流程图：

  

• IL2CPP流程图:

  

1.2 编译模式

• Just-in-time(JIT):即时编译模式，Unity在程序运行时将CIL语言通过Mono虚拟机转译成机器码，然后执行（Mono执行方式）.
• Ahead-of-time(AOT):提前编译模式，Unity在程序打包时将IL转换为C++源代码，在编译成目标机器的本地代码并存储在文件中,但程序运行中仍有部分的CIL需要JIT编译.
• Full-ahead-of-time(Full-AOT):完全静态编译，程序运行前将所有的源码编译成目标平台的机器码(IL2CPP的执行方式).

1.3 为何引进IL2CPP

​ 早期，C#是微软的，只能在Windows平台上运行，为解决跨平台的问题，引入了Mono,利用Mono的虚拟机运行在各个平台上，而IL2CPP是因为Mono的平台移植有限，运行效率过低等缺陷，从而加入了IL2CPP的机制.

• 可移植性强:Mono在各平台完成移植的工作量大，每新增一个平台就要把虚拟机移植一遍.ios平台不支持Mono虚拟机的运行，而IL2CPP可以通过c++直接在对应平台上运行.
• 运行效率高：由于IL2CPP直接打包为C++代码，可以直接由各平台的C++编辑器转化为机器码，省去了在运行时解释执行的步骤，所以运行效率相比Mono提升了40%左右.

二、Unity的垃圾回收机制

2.1 托管代码和非托管代码

• 托管代码：托管代码是在运行时环境中执行的代码，虚拟机的JIT编译执行的IL代码，其中对象无须手动释放，而是由GC管理(C#、VB.NET、F#).
• 非托管代码：C/C++或C#中以不安全类型写的代码.虚拟机无法跟踪到这类代码的对象，其直接操作系统资源和内存，需要程序员手动管理内存分配和释放.

我们一般使用托管代码来编写游戏逻辑，而非托管代码通常用于更底层的架构、第三方库或操作系统接口.

2.2 GC垃圾回收

GC的全称是"Garbage Collection",也就是垃圾回收，他是一种自动管理堆内存的机制，用于管理对象的分配和释放.只对托管代码进行管理.

Unity基于Mono和IL2CPP的GC机制都是标记/清除(Mark-Sweep)算法，这个算法遍历内存中的所有对象，找出所有对象的引用关系，把这些正在使用的引用对象标记出来，然后清除没有标记的对象.但是这个算法会存在内存碎片化的问题.

• IL2CPP:C#本身就有GC，但是C++没有，所以在需要IL2CPP的runtime库实现这个GC算法.