Unity 执行代码的底层原理与工作流

1. Unity 执行 C# 代码的整体流程

Unity 主要使用 C# 作为编程语言，C# 代码的执行流程如下：

1. C# 源代码 -> 编译成 IL（Intermediate Language，中间语言）
2. IL 代码-> 由 Mono 或 IL2CPP 运行时处理：
   • Mono（JIT 编译）：
     直接在运行时编译 IL，并执行（适用于 Unity Editor、PC 平台）。
   • IL2CPP（AOT 编译）：
     先将 IL 代码转换为 C++，再编译成机器码（适用于 iOS、Android、主机端）。
3. 最终执行：
   • Mono：JIT 编译后执行。
   • IL2CPP：AOT 预编译后直接运行。

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2. IL（Intermediate Language）

IL（Intermediate Language，中间语言），也叫 MSIL（Microsoft Intermediate Language） 或 CIL（Common Intermediate Language），是 .NET 运行时（CLR）的中间字节码。介于高级语言（如 C#）和底层机器码（CPU 指令）之间。IL 代码是 基于栈的虚拟机指令，看起来像汇编语言，但是 .NET 运行时可以理解的代码。

它不会直接运行，而是需要 Mono 或 IL2CPP 进一步处理。

示例

C# 代码：

public int Add(int a, int b){
    return a + b;
}

编译成 IL：

method public hidebysig instance int32 Add(int32 a, int32 b) cil managed{
    .maxstack 2
    ldarg.1
    ldarg.2
    add
    ret
}

3 JIT 与 AOT

JIT 和 AOT 是两种不同的 IL 代码编译方式：

3.1 JIT（Just-In-Time即时编译）

JIT 编译 是在程序运行时，动态将 IL 代码编译成机器码并执行。

• 优点：
  • 运行时可以动态生成代码（如反射、动态代理）。
  • 开发调试更灵活（无需重新编译整个项目）。
• 缺点：
  • 运行时有额外开销，影响启动速度和性能。
  • iOS 禁止 JIT（因为安全性问题）。

Unity Mono（JIT）示例

Assembly assembly = Assembly.Load(File.ReadAllBytes("hotfix.dll"));
Type type = assembly.GetType("HotfixClass");
object obj = Activator.CreateInstance(type);

✅ Mono 允许动态加载 DLL。

3.2 AOT（Ahead-Of-Time提前编译）

AOT 编译 是在程序发布前，提前将 IL 代码编译成机器码。

• 优点：
  • 运行时没有 JIT 编译的额外开销，性能更高。
  • 适用于 iOS/Android（因为苹果不允许 JIT）。
• 缺点：
  • 不能动态加载新的 C# 代码（IL2CPP 默认不支持 Assembly.Load()）。
  • 反射受限，部分泛型代码可能丢失。

Unity IL2CPP（AOT）示例

// IL2CPP 默认不支持动态加载 DLL，以下代码会失败
Assembly assembly = Assembly.Load(File.ReadAllBytes("hotfix.dll")); // ❌ IL2CPP 下不可用

✅ HybridCLR 解决了 IL2CPP 无法动态加载 DLL 的问题。

4. Mono

Mono 是一个 开源的 .NET 运行时（Runtime），它能够运行 C# 代码，并提供了完整的 .NET 运行时环境，包括：

• C# 代码的 JIT（即时编译）
• 垃圾回收（GC）
• 反射（Reflection）
• 跨平台支持（Windows/Linux/macOS/Android）

Mono 最早是由 Xamarin 公司 开发的，目标是让 C# 可以运行在 Windows 之外的其他平台。后来 Unity 选择 Mono 作为其 C# 运行时，使得 Unity 可以使用 C# 作为主要编程语言。

Unity 逐渐弃用 Mono，转向 IL2CPP（C# 转 C++），因为：

• 性能更高（Mono JIT 运行 IL，IL2CPP 直接运行 C++ 代码）。
• 代码更安全（Mono 的 IL 代码容易被反编译，IL2CPP 更难破解）。
• 兼容 iOS（iOS 不允许 JIT，所以必须用 AOT）。
• 跨平台支持更好（IL2CPP 适用于 iOS、Android、PS、Xbox）。

Mono（运行时）和 MonoBehaviour（Unity 的脚本基类）没有直接关系，但名字相似，容易混淆。

4. IL2CPP

4.1 编译流程

当 Unity 使用 IL2CPP 作为 Scripting Backend 时，C# 代码的编译流程变为：

1. C# 代码编译成 IL（跟 Mono 一样）。
2. IL2CPP 将 IL 转换为 C++ 代码。
3. C++ 代码编译成机器码（特定平台的可执行文件）。

示例

• 原始 C# 代码

public int Add(int a, int b){
    return a + b;
}

• IL2CPP 转换后的 C++ 代码

int32_t Add(int32_t a, int32_t b) {
    return a + b;
}

• 最终编译成二进制机器码

ADD R0, R1, R2  // 假设是 ARM 指令

4.2 反射问题

因为 IL2CPP 采用的是完全 AOT 编译，同时会进行代码裁剪（Code Stripping），这可能导致部分反射功能无法正常工作。

但并不是所有反射功能都会失效， IL2CPP运行时仍然会存储部分元数据，使得部分反射仍然有效。

代码裁切

IL2CPP 在编译时会对代码进行优化，移除未显式使用的类、方法和字段，以减少二进制文件大小。
这可能导致某些反射代码运行失败，因为 IL2CPP 没有为它们生成 C++ 代码。

代码裁剪导致的问题

Type myType = Type.GetType("MyNamespace.MyClass"); 
MethodInfo method = myType.GetMethod("MyMethod");
method.Invoke(null, null);

⚠️ 可能的问题：

• 如果 MyClass 没有在其他地方直接使用，IL2CPP 可能不会生成它的 C++ 代码，导致 Type.GetType("MyNamespace.MyClass") 返回 null。
• 如果 MyMethod 没有被直接调用，IL2CPP 可能不会编译它，导致 method.Invoke() 失败。

默认支持的反射

即使是 AOT（IL2CPP），在某些情况下，反射仍然可以使用：

• Type.GetType("ClassName") ✅ （前提是类没有被裁剪）
• MethodInfo.Invoke() ✅ （方法必须在编译时存在）
• PropertyInfo.SetValue() ✅（前提是类没有被裁剪）

示例

Type myType = Type.GetType("MyNamespace.MyClass");
MethodInfo method = myType.GetMethod("MyMethod");
method.Invoke(null, null);

为什么这可以在 IL2CPP 下运行？ IL2CPP 并没有彻底禁用反射，但它会受限：

1. 静态绑定的类、方法、字段 —— 仍然存在于最终编译出的 C++ 代码里，所以可以被反射。
2. 元数据仍然被保留 —— IL2CPP 仍然存储了一部分 Type 信息，因此 Type.GetType("ClassName") 依然可用。

可能失效的反射

当你的代码涉及到 动态创建类型（JIT 特性） 时，AOT 下就可能会失败：

• 泛型实例化
  • 例子：List<T> list = new List<T>();
  • 如果 T 是 AOT 运行时没出现过的类型，IL2CPP 可能不会生成 C++ 代码
• 动态创建新类型
  • 例子：Activator.CreateInstance("SomeType")
  • 如果 SomeType 代码在 AOT 过程中被裁剪（代码裁剪优化），则无法实例化
• 动态代理
  • 例子：ProxyGenerator.CreateInterfaceProxyWithTarget()
  • Unity AOT 下无法动态生成新类

如何处理反射

为了避免 AOT 反射失效，IL2CPP 采用了元数据保留机制：

• 自动生成绑定代码（如果代码里用到了反射）

• 手动指定保留类型（用 link.xml 或 PreserveAttribute）

  • link.xml 手动保留类型：

    <linker>
        <assembly fullname="Assembly-CSharp">
            <type fullname="MyNamespace.MyClass" preserve="all"/>
        </assembly>
    </linker>

  • 使用 PreserveAttribute 防止类型裁剪

    [Preserve]
    public class MyClass { }

    4.3 HybridCLR 让 IL2CPP 也支持动态加载 DLL

HybridCLR 扩展了 IL2CPP，让 IL2CPP 也能 JIT 运行 IL 代码，从而支持动态加载 C# 热更 DLL。

HybridCLR 的核心技术

• IL2CPP + IL 解释器：允许 IL2CPP 运行 IL 指令，而不仅仅是 C++ 代码。
• AOT + 解释执行模式：
  • 游戏主逻辑使用 IL2CPP（AOT 编译），保证性能。
  • 热更新代码用 HybridCLR 解释执行，支持 Assembly.Load()。
• 手动注册泛型：
  • HybridCLR.RuntimeApi.RegisterAOTGenericClass(typeof(List<int>));

HybridCLR 代码示例

Assembly hotfixAssembly = Assembly.Load(File.ReadAllBytes("hotfix.dll"));
Type hotfixType = hotfixAssembly.GetType("HotfixNamespace.HotfixClass");
object instance = Activator.CreateInstance(hotfixType);

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6. 总结

内容	Mono（JIT）	IL2CPP（AOT）	HybridCLR
运行方式	运行时即时编译	预编译为 C++	AOT + IL 解释
动态加载 DLL	✅ 支持	❌ 不支持	✅ 支持
反射	✅ 完全支持	⚠️ 受限（需手动保留）	✅ 完全支持
性能	中等	高（接近原生 C++）	高（混合模式）
适用平台	PC/Android	iOS/Android/主机	iOS/Android/主机