[IL2CPP] 我在读取 IL2CPP 输出时遇到的三个惊喜

英文原文：

https://www.jacksondunstan.com/articles/3916

我们使用 C# 编写代码，但这只是一个起点。我们的 C# 代码被编译为 DLL，然后转换为 C++，然后再次编译为机器代码。好消息是，这不是一个黑匣子！我最近一直在阅读 IL2CPP 输出的 C++ 代码并学到了很多东西。今天的文章是关于我遇到的一些惊喜以及如何更改 C# 代码以避免一些讨厌的陷阱。

静态变量

假设我们编写了一个使用静态变量的静态函数。这是基本圆几何：

static class CircleFunctions
{private static readonly float Pi = 3.14f;public static float Area(float radius){return Pi * radius * radius;}
}

请注意，Pi是一个静态变量，而不是一个常数。通常你会把它变成一个常数，但在这个例子中我们将使用一个静态变量。有很多时候你都不能使用常数。

现在我们来看看IL2CPP为Area生成的C++代码。我在其中加入了内联注释和一些间距，解释了正在发生的事情。

extern "C"  float CircleFunctions_Area_m4188038 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, float ___radius0, const MethodInfo* method)
{// 仅限于此函数的静态变量// 这用于对方法进行一次性初始化static bool s_Il2CppMethodInitialized;// 每次调用该函数时都会触发此Ifif (!s_Il2CppMethodInitialized){il2cpp_codegen_initialize_method (CircleFunctions_Area_m4188038_MetadataUsageId);s_Il2CppMethodInitialized = true;}{// This macro expands to this://   do {//     if((klass)->has_cctor && !(klass)->cctor_finished)//       il2cpp::vm::Runtime::ClassInit ((klass));//   } while (0)// 每次调用函数时都会发生这种情况IL2CPP_RUNTIME_CLASS_INIT(CircleFunctions_t532702825_il2cpp_TypeInfo_var);// 访问 Pifloat L_0 = ((CircleFunctions_t532702825_StaticFields*)CircleFunctions_t532702825_il2cpp_TypeInfo_var->static_fields)->get_Pi_0();// 实际的工作float L_1 = ___radius0;float L_2 = ___radius0;return ((float)((float)((float)((float)L_0*(float)L_1))*(float)L_2));}
}

这应该是一个简单的功能，但变成了相当复杂的东西。 IL2CPP 增加了很多开销。现在让我们看一个调用它的函数：

static void TestStaticFunctionUsingStaticVariable()
{float area = CircleFunctions.Area(3.0f);
}

这是来自 IL2CPP 的 C++：

extern "C"  void TestScript_TestStaticFunctionUsingStaticVariable_m953893846 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, const MethodInfo* method)
{// 用于一次性初始化的更多静态布尔值static bool s_Il2CppMethodInitialized;if (!s_Il2CppMethodInitialized){il2cpp_codegen_initialize_method (TestScript_TestStaticFunctionUsingStaticVariable_m953893846_MetadataUsageId);s_Il2CppMethodInitialized = true;}float V_0 = 0.0f;{// 更多类初始化 (same macro as above)IL2CPP_RUNTIME_CLASS_INIT(CircleFunctions_t532702825_il2cpp_TypeInfo_var);// 正真的工作:float L_0 = CircleFunctions_Area_m4188038(NULL /*static, unused*/, (3.0f), /*hidden argument*/NULL);V_0 = L_0;return;}
}

所以即使是这个函数的调用者也需要为静态变量付出代价。哎哟。

现在让我们看看如果你避免使用静态变量会发生什么。在这种情况下，很容易只使用 const：

static class CircleFunctionsConst
{private const float Pi = 3.14f;public static float Area(float radius){return Pi * radius * radius;}
}

这是 C++：

extern "C"  float CircleFunctionsConst_Area_m2838794717 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, float ___radius0, const MethodInfo* method)
{{float L_0 = ___radius0;float L_1 = ___radius0;return ((float)((float)((float)((float)(3.14f)*(float)L_0))*(float)L_1));}
}

开销没了！只剩下实际的工作。那么调用者呢？

static void TestStaticFunctionNotUsingStaticVariable()
{float area = CircleFunctionsConst.Area(3.0f);
}

extern "C"  void TestScript_TestStaticFunctionNotUsingStaticVariable_m2848480467 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, const MethodInfo* method)
{float V_0 = 0.0f;{float L_0 = CircleFunctionsConst_Area_m2838794717(NULL /*static, unused*/, (3.0f), /*hidden argument*/NULL);V_0 = L_0;return;}
}

所有令人讨厌的开销都完全消失了。

建议：考虑使用常量和参数而不是静态变量。

结构初始化

现在让我们做一个简单的struct：

struct MyVector3
{public float X;public float Y;public float Z;public MyVector3(float x, float y, float z){X = x;Y = y;Z = z;}
}

让我们用默认构造函数初始化它，然后设置它的字段：

static void TestDefaultStructConstructor()
{MyVector3 vec = new MyVector3();vec.X = 1;vec.Y = 2;vec.Z = 3;
}

这是在 C++ 中的样子：

extern "C"  void TestScript_TestDefaultStructConstructor_m1260349596 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, const MethodInfo* method)
{// The static variable overhead is back!static bool s_Il2CppMethodInitialized;if (!s_Il2CppMethodInitialized){il2cpp_codegen_initialize_method (TestScript_TestDefaultStructConstructor_m1260349596_MetadataUsageId);s_Il2CppMethodInitialized = true;}MyVector3_t770449606  V_0;// 该struct 默认为全零memset(&V_0, 0, sizeof(V_0));{// Initobj 看起来像这样：//   inline void Initobj(Il2CppClass* type, void* data)//   {//       if (type->valuetype)//           memset(data, 0, type->instance_size - sizeof(Il2CppObject));//       else//           *static_cast<Il2CppObject**>(data) = NULL;//   }// 尽管我们知道这是一个struct，但还有一个“If”的开销// 然后struct被再次清零Initobj (MyVector3_t770449606_il2cpp_TypeInfo_var, (&V_0));// 设置字段。 这些“set_*”函数是微不足道的传递。(&V_0)->set_X_0((1.0f));(&V_0)->set_Y_1((2.0f));(&V_0)->set_Z_2((3.0f));return;}
}

为什么那个静态开销又回来了？我们能摆脱它吗？让我们尝试一个对象初始化器语法：

static void TestStructInitializer()
{MyVector3 vec = new MyVector3 { X = 1, Y = 2, Z = 3 };
}

extern "C"  void TestScript_TestStructInitializer_m3484430381 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, const MethodInfo* method)
{// 相同的静态变量开销static bool s_Il2CppMethodInitialized;if (!s_Il2CppMethodInitialized){il2cpp_codegen_initialize_method (TestScript_TestStructInitializer_m3484430381_MetadataUsageId);s_Il2CppMethodInitialized = true;}// 相同的静态变量开销MyVector3_t770449606  V_0;memset(&V_0, 0, sizeof(V_0));// 声明另一个结构？为什么？// 同时，将其清除为零。MyVector3_t770449606  V_1;memset(&V_1, 0, sizeof(V_1));{// _再次_将其中一个结构清零Initobj (MyVector3_t770449606_il2cpp_TypeInfo_var, (&V_1));// 设置所有字段(&V_1)->set_X_0((1.0f));(&V_1)->set_Y_1((2.0f));(&V_1)->set_Z_2((3.0f));// 将一个结构复制到另一个结构MyVector3_t770449606  L_0 = V_1;V_0 = L_0;return;}
}

字段初始化器增加了更多开销！现在在静态变量初始化代码之上有两个结构、一个副本和三个不必要的清零。

好的，让我们尝试一个自定义构造函数：

static void TestCustomStructConstructor()
{MyVector3 vec = new MyVector3(1, 2, 3);
}

extern "C"  void TestScript_TestCustomStructConstructor_m3485483736 (Il2CppObject * __this /* static, unused */, const MethodInfo* method)
{MyVector3_t770449606  V_0;memset(&V_0, 0, sizeof(V_0));{MyVector3__ctor_m3460461338((&V_0), (1.0f), (2.0f), (3.0f), /*hidden argument*/NULL);return;}
}extern "C"  void MyVector3__ctor_m3460461338 (MyVector3_t770449606 * __this, float ___x0, float ___y1, float ___z2, const MethodInfo* method)
{{float L_0 = ___x0;__this->set_X_0(L_0);float L_1 = ___y1;__this->set_Y_1(L_1);float L_2 = ___z2;__this->set_Z_2(L_2);return;}
}

自定义构造函数摆脱了所有静态变量开销和额外的结构。它全部替换为设置字段的函数（构造函数）。不幸的是，即使 C# 语言要求构造函数设置所有字段并且在设置它们之前不访问它们，IL2CPP 仍然在调用构造函数以将结构清零之前生成了 memset 调用。这是我们将获得的最低开销。

建议：考虑使用自定义构造函数而不是默认构造函数和对象初始值设定项。

类的开销

最后，让我们制作上述结构的类版本：

class MyVector3Class
{public float X;public float Y;public float Z;public MyVector3Class(float x, float y, float z){X = x;Y = y;Z = z;}
}

以下是它在 C++ IL2CPP 生成中的样子：

struct  MyVector3Class_t1350799278  : public Il2CppObject
{public:// System.Single MyVector3Class::Xfloat ___X_0;// System.Single MyVector3Class::Yfloat ___Y_1;// System.Single MyVector3Class::Zfloat ___Z_2;public:inline static int32_t get_offset_of_X_0() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3Class_t1350799278, ___X_0)); }inline float get_X_0() const { return ___X_0; }inline float* get_address_of_X_0() { return &___X_0; }inline void set_X_0(float value){___X_0 = value;}inline static int32_t get_offset_of_Y_1() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3Class_t1350799278, ___Y_1)); }inline float get_Y_1() const { return ___Y_1; }inline float* get_address_of_Y_1() { return &___Y_1; }inline void set_Y_1(float value){___Y_1 = value;}inline static int32_t get_offset_of_Z_2() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3Class_t1350799278, ___Z_2)); }inline float get_Z_2() const { return ___Z_2; }inline float* get_address_of_Z_2() { return &___Z_2; }inline void set_Z_2(float value){___Z_2 = value;}
};

有很多样板的“get”和“set”函数，但是这个类大多是我们所期望的。它具有三个浮点字段，并且它派生自 System.Object（又名对象），这是您未显式声明基类时的默认设置。这就是众所周知的 Il2CppObject，所以让我们看一下：

struct Il2CppObject
{Il2CppClass *klass;MonitorData *monitor;
};

这意味着我们类实例的大小不仅仅是三个浮点变量，还有两个指针的大小。在 64 位平台上，需要额外的 16 字节存储空间。因此，我们的向量实例实际上需要 40 个字节，而不是需要 24 个字节，增加了 66%。这是一个固定的开销，因此对于较大的类来说并不重要，但对于您有很多的较小的类，绝对要注意一些事情。

为了比较，让我们看一下 struct 版本的 C++：

struct  MyVector3_t770449606
{public:// System.Single MyVector3::Xfloat ___X_0;// System.Single MyVector3::Yfloat ___Y_1;// System.Single MyVector3::Zfloat ___Z_2;public:inline static int32_t get_offset_of_X_0() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3_t770449606, ___X_0)); }inline float get_X_0() const { return ___X_0; }inline float* get_address_of_X_0() { return &___X_0; }inline void set_X_0(float value){___X_0 = value;}inline static int32_t get_offset_of_Y_1() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3_t770449606, ___Y_1)); }inline float get_Y_1() const { return ___Y_1; }inline float* get_address_of_Y_1() { return &___Y_1; }inline void set_Y_1(float value){___Y_1 = value;}inline static int32_t get_offset_of_Z_2() { return static_cast<int32_t>(offsetof(MyVector3_t770449606, ___Z_2)); }inline float get_Z_2() const { return ___Z_2; }inline float* get_address_of_Z_2() { return &___Z_2; }inline void set_Z_2(float value){___Z_2 = value;}
};

这个版本几乎相同，只是它没有这两个指针的开销。

建议：当您需要节省每个实例的内存时，考虑使用结构而不是类。

总结

IL2CPP 生成的 C++ 代码充满了惊喜。花一些时间检查一下游戏中的已知热点。您可以简单地搜索“MyClass::MyFunction”并轻松找到与您的 C# 代码等效的 C++。您可能会惊讶于您的发现！