底層運行流程

C# 編譯器流程

• 語法與重載解析
  編譯器（Roslyn）看到 Console.WriteLine("Hello .NET")，會解析為對 System.Console.WriteLine(string) 的靜態方法呼叫。

• 字串字面量與駐留（Interning）
  "Hello .NET" 會被存入組件的「使用者字串堆」（#US heap）。
  執行時透過字串駐留池（intern pool），確保相同內容的字面量共用同一個物件實例（節省記憶體）。

• 生成 IL（中間語言）
  Roslyn 會將這行程式碼編譯成類似以下的 IL 指令：

  ldstr "Hello .NET"     // 載入字串字面量為托管字串參考
  call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)
  ret
  

  完整的 Main 方法 IL 如下：

  .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
  {
      .entrypoint
      ldstr "Hello .NET"
      call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)
      ret
  }
  

.NET 執行時期（CLR/JIT 層面）

• 程式載入與型別解析
  CLR 載入你的組件，並解析 System.Console 類別與其 WriteLine 方法實作（位於執行時期函式庫，如 System.Console.dll）。

• JIT 編譯
  首次呼叫 WriteLine 時，JIT 會將對應方法體編譯為目前平台的原生機器碼。

• 靜態呼叫
  因為 WriteLine 是靜態方法，IL 使用 call 指令（非虛擬呼叫）。

類別庫層面（BCL）：字串如何寫入主控台

• Console.Out
  Console.WriteLine 實際寫入的是 Console.Out（一個 TextWriter）。預設包裝一個 StreamWriter，底層連接到標準輸出流（stdout）。

• 緩衝與自動刷新
  Console.Out 預設為同步（線程安全包裝），且 AutoFlush = true（遇到換行符自動刷新緩衝區）。
  WriteLine 寫完內容後會附加換行符並刷新（適合人機互動，但吞吐量不如批次寫入）。

• 換行符
  WriteLine 附加的是 Environment.NewLine：

  • Windows："\r\n"
  • Linux/macOS："\n"

• 線程安全
  Console.Out 預設經 TextWriter.Synchronized 包裝，可避免多執行緒下同一行文字交錯，但不保證跨多個 Write/WriteLine 呼叫的原子性。

作業系統與終端層面

• 終端顯示或重導向
  若未重導向，輸出會顯示在終端視窗（如 Windows Terminal、cmd、bash/zsh 等）。
  若重導向（Console.IsOutputRedirected == true），資料會寫入管道或檔案，而非螢幕。

• 編碼轉換
  Console 使用 Console.OutputEncoding，決定如何將 .NET 內部的 UTF-16 字串編碼為位元組寫出。

• 系統呼叫

  • Windows：常用 WriteConsoleW 或 WriteFile 等 API
  • Linux/macOS：透過 write(2) 寫入檔案描述符 1（stdout）