C# のコードはどのように実行されますか（IL、JIT、AOT）？

Question

Accepted Answer

C# はマシンコードに直接コンパイルされるわけではありません。プラットフォーム非依存のバイトコードである **IL**（Intermediate Language、中間言語）にコンパイルされ、**CLR** がそれを実行します。その際、**JIT**（Just-In-Time）コンパイルを用いて実行時に IL をネイティブのマシンコードへ変換します。**AOT**（Ahead-Of-Time）はビルド時にネイティブコードへコンパイルする代替手段です。

## 実行パイプライン

```text
C# source (.cs)
   │  C# compiler (roslyn)
   ▼
IL bytecode (in a .dll/.exe assembly)  ← platform-INDEPENDENT intermediate code
   │  CLR loads it; JIT compiles IL → native code AT RUNTIME (per method, as called)
   ▼
Native machine code → executes on the CPU
```

C# コンパイラは **IL**（CPU 非依存のバイトコード）を生成し、それをアセンブリにパッケージ化します。実行時に、**CLR**（Common Language Runtime）は **JIT コンパイラ**を用いて、IL メソッドが最初に呼び出されたときにネイティブのマシンコードへ変換します。そしてそのネイティブコードは以降の呼び出しのためにキャッシュされます。

## なぜ IL + JIT なのか? 利点

```text
✓ Platform independence — the SAME IL runs on any platform with a CLR
✓ Runtime optimization — the JIT optimizes for the ACTUAL hardware it runs on
✓ Language interoperability — C#, F#, VB all compile to IL → can interoperate
✓ The CLR provides GC, type safety, security on top
```

IL + JIT はプラットフォーム非依存性（1 つのアセンブリがランタイムを備えた任意のプラットフォームで動く）をもたらし、JIT が特定のハードウェアに合わせて最適化できるようにします。（メソッドが初回使用時に JIT コンパイルされるため、起動時のコストがあります。）

## AOT — Ahead-Of-Time コンパイル

```text
Native AOT (modern .NET) → compiles directly to native machine code at BUILD time.
  ✓ FASTER startup (no JIT at runtime), smaller deployment, lower memory
  ✓ Good for: serverless, CLI tools, containers (where fast startup matters)
  ✗ Trade-offs: no runtime JIT optimization, some reflection/dynamic limitations
JIT (default) → flexible, runtime-optimized, but has startup/warm-up cost.
```

**AOT** はビルド時にネイティブコードへコンパイルし、JIT の起動コストを排除します（起動がより速く、サイズが小さく、メモリ消費が少ない）。サーバーレスや CLI に有用ですが、一部の柔軟性を犠牲にします。

## なぜ重要なのか

C# のコードがどのように実行されるか — **IL → JIT → ネイティブ**のパイプライン — を理解することは、.NET プラットフォームを深く理解し、その能力を説明し、デプロイやパフォーマンスについて十分な情報に基づいた判断を下すための価値ある知識です。

鍵となる洞察は、C# がネイティブコードではなく **IL**（プラットフォーム非依存のバイトコード）にコンパイルされ、**CLR** が **JIT コンパイル**を用いて実行時にそれをネイティブコードへ変換するという点です。これこそが .NET のプラットフォーム非依存性（同じコンパイル済みアセンブリがランタイムを備えたどこででも動く）、実行時最適化（JIT が実際のハードウェアに合わせて最適化する）、言語の相互運用性（C#、F#、VB がすべて IL にコンパイルされる）を可能にしています。

これは JIT の起動／ウォームアップコスト（ベンチマークや起動の最適化を行う際に関係する）のような挙動を説明します。

**AOT**（Native AOT、ビルド時にネイティブコードへコンパイルする現代的な代替手段）を理解することは、特定のシナリオでますます重要になっています。AOT は**より速い起動、より小さなデプロイ、より少ないメモリ**を提供し（起動時間とサイズが重要なサーバーレス関数、CLI ツール、コンテナで価値があります）、その代償として実行時の JIT 最適化と一部のリフレクション／動的機能の制限を伴います。したがって JIT 対 AOT のトレードオフを知ることは、デプロイ先に適したアプローチを選ぶのに役立ちます。

これは日々のコーディング知識というより概念的なものですが、実行モデル（IL／JIT／AOT）を理解することは、.NET がどのようにプラットフォーム非依存性とパフォーマンスを実現しているかを説明し、起動パフォーマンスについて推論し、デプロイの判断を下す（特にクラウドネイティブなシナリオでの AOT の重要性の高まり）うえで価値があります。これにより、.NET プラットフォームの深い理解を示す価値あるシニアレベルの知識となり、パフォーマンスやデプロイに焦点を当てた議論で関連性の高いトピックとなります。