作者：小玉
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Unity3D想必大家都不陌生，獨立遊戲製作者們很多人都在用它，甚至一些大公司也用在很商業的遊戲製作上。Unity3D最大的一個特點是一次製作，多平臺部署，而這一核心功能是靠Mono實現的。可以說Mono是Unity3D核心的核心，是Unity3D跨平臺的根本。但是在2014年年中的時候，Unity3D官方部落格上卻發了一篇“The future of scripting in unity”的文章，引出了IL2CPP的概念，感覺有取代Mono之勢。那什麼是IL2CPP，它能為Unity3D和作為使用Unity3D的我們帶來哪些好處和改變？這就是本文嘗試說明的。

C#，.Net Framework

我們先說說IL2CPP試圖取代的Mono。在說Mono之前，不得不提C#語言和背後的.Net Framework。C#是微軟推出的一種基於.NET框架的、面向物件的高階程式語言。C#的發音為“see sharp”，模仿音樂上的音名“C♯”（C調升），是C語言的升級的意思。其正確寫法應和音名一樣為“C♯”。C#由C語言和C++派生而來，繼承了其強大的效能，同時又以.NET框架類庫作為基礎，擁有類似Visual Basic的快速開發能力。C#由安德斯·海爾斯伯格主持開發，微軟在2000年釋出了這種語言。說到安德斯·海爾斯伯格這裡要多說一句，當年和VC（注意，是VC，那個時候還沒有Visual Studio）齊名還有另外一家公司的IDE也非常流行，那就是Borland公司的Delphi，也是由安德斯·海爾斯伯格主導開發的。

他後來被微軟挖走，建立了J++，一門類似Java的語言（好吧，以我膚淺的知識認為，那基本就是照著Java做的）。後來由於和Sun公司授權的原因，微軟在2001年停止了J++的開發而推出了C# 1.0。說來要感謝和Sun的這場官司，否則微軟也不會有C#，J++也可能一直會跟隨Java的腳步。相反C#經過不斷的進化，從1.0開始到4.0和最新的5.0，C#已經遠遠甩開Java幾條街了（還是以我個人的使用Java和C#感覺而言，關於兩門語言的比較，無論是效率上，誇平臺上，還是語言易用性上，社群活躍度上，網上的爭論隨處可見，每個人都有自己的看法，這也不是本文的重點）。

Mono，Mono VM
C#雖好，但是隻能在Windows上執行，微軟那時候也沒有將其開源，所以總是會有人說不能跨平臺，光就這點，C#和Java就不能比呀。

微軟公司已經向ECMA申請將C#作為一種標準。在2001年12月，ECMA釋出了ECMA-334 C#語言規範。C#在2003年成為一個ISO標準（ISO/IEC 23270）。這意味著只要你遵守CLI（Common Language Infrastructure），第三方可以將任何一種語言實現到.Net平臺之上。Mono就是在這種環境下誕生的。

Mono是一個由Xamarin公司（先前是Novell,最早為Ximian）所主持的自由開放原始碼專案。該專案的目標是建立一系列符合ECMA標準（Ecma-334和Ecma-335）的.NET工具，包括C#編譯器和通用語言架構。與微軟的.NET Framework（共通語言執行平臺）不同，Mono專案不僅可以運行於Windows系統上，還可以運行於Linux，FreeBSD，Unix，OS X和Solaris，甚至一些遊戲平臺，例如：Playstation 3，Wii或XBox 360之上。Mono使得C#這門語言有了很好的跨平臺能力。相對於微軟的.Net Framework執行時庫Mono使用自己的Mono VM作為執行時庫。 加上C#本身快速友好的開發能力，最終使得Unity團隊在建立之初就決定將Mono，C#作為其核心。（嗯，這是我猜的）

有人也許會說，Unity還支援JavaScript和Boo呢,不光光只有C#一門語言。首先我要糾正的是，在Unity中的JavaScript嚴格意義上說並不是W3C規範中的JavaScript，它正確的名字叫做Unity Script，其實是從Boo演變過來的（這樣大家就能理解為啥在3門語言中，Boo用的人最少，但是卻還一直存在的原因了吧）。我認為是Unity開始為了讓更多的人能夠快速的上手，特別是考慮到很多指令碼程式設計師對JavaScript已經很熟悉了，為了照顧這部分人，發明了Unity Script，它的語法和W3C的JavaScript幾乎一致，使得大家可以直接用其進行開發，降低門檻。但是Unity Script在執行上卻和JavaScript有著本質的不同。這個我會在下一節IL中進行詳細的描述。從三門語言在Unity中的使用情況而言：Boo幾乎就沒人用了，Unity Script和C#兩者中無論是演示程式碼還是Unity Asset Store中的第三方程式碼，C#已經有85%-90%的比例（個人粗略估計，沒有做詳細統計）。可見C#在Unity中深受我等遊戲碼農的愛戴。

IL
囉嗦完了C#，.Net Framework和Mono，引出了我們很重要的一個概念”IL“。IL的全稱是 Intermediate Language，很多時候還會看到CIL（Common Intermediate Language，特指在.Net平臺下的IL標準）。在Unity部落格和本文中,IL和CIL表示的是同一個東西：翻譯過來就是中間語言。它是一種屬於通用語言架構和.NET框架的低階（lowest-level）的人類可讀的程式語言。目標為.NET框架的語言被編譯成CIL，然後彙編成位元組碼。CIL類似一個面向物件的組合語言，並且它是完全基於堆疊的，它執行在虛擬機器上（.Net Framework, Mono VM）的語言。
具體過程是：C#或者VB這樣遵循CLI規範的高階語言，被先被各自的編譯器編譯成中間語言：IL（CIL），等到需要真正執行的時候，這些IL會被載入到執行時庫，也就是VM中，由VM動態的編譯成彙編程式碼（JIT）然後在執行。

正是由於引入了VM，才使得很多動態程式碼特性得以實現。通過VM我們甚至可以由程式碼在執行時生成新程式碼並執行。這個是靜態編譯語言所無法做到的。回到上一節我說的Boo和Unity Script，有了IL和VM的概念我們就不難發現，這兩者並沒有對應的VM虛擬機器，Unity中VM只有一個：Mono VM，也就是說Boo和Unity Script是被各自的編譯器編譯成遵循CLI規範的IL，然後再由Mono VM解釋執行的。這也是Unity Script和JavaScript的根本區別。JavaScript是最終在瀏覽器的JS解析器中執行的（例如大名鼎鼎的Google Chrome V8引擎），而Unity Script是在Mono VM中執行的。本質上說，到了IL這一層級，它是由哪門高階語言建立的也不是那麼重要了，你可以用C#，VB，Boo，Unity Script甚至C++，只要有相應的編譯器能夠將其編譯成IL都行！


IL2CPP， IL2CPP VM

本文的主角終於出來了：IL2CPP。有了上面的知識，大家很容易就理解其意義了：把IL中間語言轉換成CPP檔案。大家如果看明白了上面動態語言的CLI， IL以及VM，再看到IL2CPP一定心中充滿了疑惑。現在的大趨勢都是把語言加上動態特性，哪怕是c++這樣的靜態語言，也出現了適合IL的c++編譯器，為啥Unity要反其道而行之，把IL再弄回靜態的CPP呢？這不是吃飽了撐著嘛。根據本文最前面給出的Unity官方部落格所解釋的，原因有以下幾個：
1.Mono VM在各個平臺移植，維護非常耗時，有時甚至不可能完成
Mono的跨平臺是通過Mono VM實現的，有幾個平臺，就要實現幾個VM，像Unity這樣支援多平臺的引擎，Mono官方的VM肯定是不能滿足需求的。所以針對不同的新平臺，Unity的專案組就要把VM給移植一遍，同時解決VM裡面發現的bug。這非常耗時耗力。這些能移植的平臺還好說，還有比如WebGL這樣基於瀏覽器的平臺。要讓WebGL支援Mono的VM幾乎是不可能的。
2.Mono版本授權受限
大家有沒有意識到Mono的版本已經更新到3.X了，但是在Unity中，C#的執行時版本一直停留在2.8，這也是Unity社群開發者抱怨的最多一條：很多C#的新特性無法使用。這是因為Mono 授權受限，導致Unity無法升級Mono。如果換做是IL2CPP，IL2CPP VM這套完全自己開發的元件，就解決了這個問題。
3.提高執行效率
根據官方的實驗資料，換成IL2CPP以後，程式的執行效率有了1.5-2.0倍的提升。

使用Mono的時候，指令碼的編譯執行如下圖所示：

簡單的來說，3大指令碼被編譯成IL，在遊戲執行的時候，IL和專案裡其他第三方相容的DLL一起，放入Mono VM虛擬機器，由虛擬機器解析成機器碼，並且執行
IL2CPP做的改變由下圖紅色部分標明：

在得到中間語言IL後，使用IL2CPP將他們重新變回C++程式碼，然後再由各個平臺的C++編譯器直接編譯成能執行的原生彙編程式碼。

幾點注意：
1.將IL變回CPP的目的除了CPP的執行效率快以外，另一個很重要的原因是可以利用現成的在各個平臺的C++編譯器對程式碼執行編譯期優化，這樣可以進一步減小最終遊戲的尺寸並提高遊戲執行速度。

2.由於動態語言的特性，他們多半無需程式設計師太多關心記憶體管理，所有的記憶體分配和回收都由一個叫做GC（Garbage Collector）的元件完成。雖然通過IL2CPP以後程式碼變成了靜態的C++，但是記憶體管理這塊還是遵循C#的方式，這也是為什麼最後還要有一個IL2CPP VM的原因：它負責提供諸如GC管理，執行緒建立這類的服務性工作。但是由於去除了IL載入和動態解析的工作，使得IL2CPP VM可以做的很小，並且使得遊戲載入時間縮短。

3.由於C++是一門靜態語言，這就意味著我們不能使用動態語言的那些酷炫特性。執行時生成程式碼並執行肯定是不可能了。這就是Unity裡面提到的所謂AOT（Ahead Of Time）編譯而非JIT（Just In Time）編譯。其實很多平臺出於安全的考慮是不允許JIT的，大家最熟悉的有iOS平臺，在Console遊戲機上，不管是微軟的Xbox360， XboxOne，還是Sony的PS3，PS4，PSV，沒有一個是允許JIT的。使用了IL2CPP，就完全是AOT方式了，如果原來使用了動態特性的程式碼肯定會編譯失敗。這些程式碼在編譯iOS平臺的時候天生也會失敗，所以如果你是為iOS開發的遊戲程式碼，就不用擔心了。因此就這點而言，我們開發上幾乎不會感到什麼問題。

最後給出Unite 2014上官方給出的效能測試截圖（數字越小表示執行得越快）：