.NET?7?AOT?的使用及?.NET?與?Go?互相調(diào)用的過(guò)程
背景
其實(shí),規(guī)劃這篇文章有一段時(shí)間了,但是比較懶,所以一直拖著沒(méi)寫。
最近時(shí)總更新太快了,太卷了,所以借著 .NET 7 正式版發(fā)布,熬夜寫完這篇文章,希望能夠追上時(shí)總的一點(diǎn)距離。
本文主要介紹如何在 .NET 和 Go 語(yǔ)言中如何生成系統(tǒng)(Windows)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),又如何從代碼中引用這些庫(kù)中的函數(shù)。
在 .NET 部分,介紹如何使用 AOT、減少二進(jìn)制文件大小、使用最新的 [LibraryImport]
導(dǎo)入庫(kù)函數(shù);
在 Go 語(yǔ)言部分,介紹如何使用 GCC 編譯 Go 代碼、如何通過(guò) syscall
導(dǎo)入庫(kù)函數(shù)。
在文章中會(huì)演示 .NET 和 Go 相互調(diào)用各自生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),以及對(duì)比兩者之間的差異。
本文文章內(nèi)容以及源代碼,可以 https://github.com/whuanle/csharp_aot_golang 中找到,如果本文可以給你帶來(lái)幫助,可以到 Github 點(diǎn)個(gè)星星嘛。
C# 部分
環(huán)境要求
SDK:.NET 7 SDK、Desktop development with C++ workload。
IDE:Visual Studio 2022
Desktop development with C++ workload
是一個(gè)工具集,里面包含 C++ 開發(fā)工具,需要在 Visual Studio Installer
中安裝,如下圖紅框中所示。
創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)項(xiàng)目
首先創(chuàng)建一個(gè) .NET 7 控制臺(tái)項(xiàng)目,名稱為 CsharpAot
。
打開項(xiàng)目之后,基本代碼如圖所示:
我們使用下面的代碼做測(cè)試:
public class Program { static void Main() { Console.WriteLine("C# Aot!"); Console.ReadKey(); } }
體驗(yàn) AOT 編譯
這一步,可以參考官方網(wǎng)站的更多說(shuō)明:
https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/deploying/native-aot/
為了能夠讓項(xiàng)目發(fā)布時(shí)使用 AOT 模式,需要在項(xiàng)目文件中加上 <PublishAot>true</PublishAot>
選項(xiàng)。
然后使用 Visual Studio 發(fā)布項(xiàng)目。
發(fā)布項(xiàng)目的配置文件設(shè)置,需要按照下圖進(jìn)行配置。
AOT 跟 生成單個(gè)文件
兩個(gè)選項(xiàng)不能同時(shí)使用,因?yàn)?AOT 本身就是單個(gè)文件。
配置完成后,點(diǎn)擊 發(fā)布
,然后打開 Release
目錄,會(huì)看到如圖所示的文件。
.exe
是獨(dú)立的可執(zhí)行文件,不需要再依賴 .NET Runtime
環(huán)境,這個(gè)程序可以放到其他沒(méi)有安裝 .NET 環(huán)境的機(jī)器中運(yùn)行。
然后刪除以下三個(gè)文件:
CsharpAot.exp CsharpAot.lib CsharpAot.pdb
光用 .exe
即可運(yùn)行,其他是調(diào)試符號(hào)等文件,不是必需的。
剩下 CsharpAot.exe
文件后,啟動(dòng)這個(gè)程序:
C# 調(diào)用庫(kù)函數(shù)
這一部分的代碼示例,是從筆者的一個(gè)開源項(xiàng)目中抽取出來(lái)的,這個(gè)項(xiàng)目封裝了一些獲取系統(tǒng)資源的接口,以及快速接入 Prometheus 監(jiān)控。
不過(guò)很久沒(méi)有更新了,最近沒(méi)啥動(dòng)力更新,讀者可以點(diǎn)擊這里了解一下這個(gè)項(xiàng)目:
https://github.com/whuanle/CZGL.SystemInfo/tree/net6.0/src/CZGL.SystemInfo/Memory
因?yàn)楹罄m(xù)代碼需要,所以現(xiàn)在請(qǐng)開啟 “允許不安全代碼”。
本小節(jié)的示例是通過(guò)使用 kernel32.dll
去調(diào)用 Windows 的內(nèi)核 API(Win32 API),調(diào)用 GlobalMemoryStatusEx
函數(shù) 檢索有關(guān)系統(tǒng)當(dāng)前使用物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的信息。
使用到的 Win32 函數(shù)可參考:https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/api/sysinfoapi/nf-sysinfoapi-globalmemorystatusex
關(guān)于 .NET 調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式,在 .NET 7 之前,通過(guò)這樣調(diào)用:
[DllImport("Kernel32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)] [return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)] internal static extern Boolean GlobalMemoryStatusEx(ref MemoryStatusExE lpBuffer);
在 .NET 7 中,出現(xiàn)了新的操作方式 [LibraryImport]
。
文檔是這樣介紹的:
Indicates that a source generator should create a function for marshalling arguments instead of relying on the runtime to generate an equivalent marshalling function at run time. 指示源生成器應(yīng)創(chuàng)建用于編組參數(shù)的函數(shù),而不是依賴運(yùn)行庫(kù)在運(yùn)行時(shí)生成等效的編組函數(shù)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是我們要使用 AOT 寫代碼,然后代碼中引用到別的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)時(shí),需要使用 [LibraryImport]
引入這些函數(shù)。
筆者沒(méi)有在 AOT 下測(cè)試過(guò) [DllImport]
,讀者感興趣可以試試。
新建兩個(gè)結(jié)構(gòu)體 MEMORYSTATUS.cs
、MemoryStatusExE.cs
。
MEMORYSTATUS.cs
:
public struct MEMORYSTATUS { internal UInt32 dwLength; internal UInt32 dwMemoryLoad; internal UInt32 dwTotalPhys; internal UInt32 dwAvailPhys; internal UInt32 dwTotalPageFile; internal UInt32 dwAvailPageFile; internal UInt32 dwTotalVirtual; internal UInt32 dwAvailVirtual; }
MemoryStatusExE.cs
:
public struct MemoryStatusExE { /// <summary> /// 結(jié)構(gòu)的大小,以字節(jié)為單位,必須在調(diào)用 GlobalMemoryStatusEx 之前設(shè)置此成員,可以用 Init 方法提前處理 /// </summary> /// <remarks>應(yīng)當(dāng)使用本對(duì)象提供的 Init ,而不是使用構(gòu)造函數(shù)!</remarks> internal UInt32 dwLength; /// <summary> /// 一個(gè)介于 0 和 100 之間的數(shù)字,用于指定正在使用的物理內(nèi)存的大致百分比(0 表示沒(méi)有內(nèi)存使用,100 表示內(nèi)存已滿)。 /// </summary> internal UInt32 dwMemoryLoad; /// <summary> /// 實(shí)際物理內(nèi)存量,以字節(jié)為單位 /// </summary> internal UInt64 ullTotalPhys; /// <summary> /// 當(dāng)前可用的物理內(nèi)存量,以字節(jié)為單位。這是可以立即重用而無(wú)需先將其內(nèi)容寫入磁盤的物理內(nèi)存量。它是備用列表、空閑列表和零列表的大小之和 /// </summary> internal UInt64 ullAvailPhys; /// <summary> /// 系統(tǒng)或當(dāng)前進(jìn)程的當(dāng)前已提交內(nèi)存限制,以字節(jié)為單位,以較小者為準(zhǔn)。要獲得系統(tǒng)范圍的承諾內(nèi)存限制,請(qǐng)調(diào)用GetPerformanceInfo /// </summary> internal UInt64 ullTotalPageFile; /// <summary> /// 當(dāng)前進(jìn)程可以提交的最大內(nèi)存量,以字節(jié)為單位。該值等于或小于系統(tǒng)范圍的可用提交值。要計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的可承諾值,調(diào)用GetPerformanceInfo核減價(jià)值CommitTotal從價(jià)值CommitLimit /// </summary> internal UInt64 ullAvailPageFile; /// <summary> /// 調(diào)用進(jìn)程的虛擬地址空間的用戶模式部分的大小,以字節(jié)為單位。該值取決于進(jìn)程類型、處理器類型和操作系統(tǒng)的配置。例如,對(duì)于 x86 處理器上的大多數(shù) 32 位進(jìn)程,此值約為 2 GB,對(duì)于在啟用4 GB 調(diào)整的系統(tǒng)上運(yùn)行的具有大地址感知能力的 32 位進(jìn)程約為 3 GB 。 /// </summary> internal UInt64 ullTotalVirtual; /// <summary> /// 當(dāng)前在調(diào)用進(jìn)程的虛擬地址空間的用戶模式部分中未保留和未提交的內(nèi)存量,以字節(jié)為單位 /// </summary> internal UInt64 ullAvailVirtual; /// <summary> /// 預(yù)訂的。該值始終為 0 /// </summary> internal UInt64 ullAvailExtendedVirtual; internal void Refresh() { dwLength = checked((UInt32)Marshal.SizeOf(typeof(MemoryStatusExE))); } }
定義引用庫(kù)函數(shù)的入口:
public static partial class Native { /// <summary> /// 檢索有關(guān)系統(tǒng)當(dāng)前使用物理和虛擬內(nèi)存的信息 /// </summary> /// <param name="lpBuffer"></param> /// <returns></returns> [LibraryImport("Kernel32.dll", SetLastError = true)] [return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)] internal static partial Boolean GlobalMemoryStatusEx(ref MemoryStatusExE lpBuffer); }
然后調(diào)用 Kernel32.dll
中的函數(shù):
public class Program { static void Main() { var result = GetValue(); Console.WriteLine($"當(dāng)前實(shí)際可用內(nèi)存量:{result.ullAvailPhys / 1000 / 1000}MB"); Console.ReadKey(); } /// <exception cref="Win32Exception"></exception> public static MemoryStatusExE GetValue() { var memoryStatusEx = new MemoryStatusExE(); // 重新初始化結(jié)構(gòu)的大小 memoryStatusEx.Refresh(); // 刷新值 if (!Native.GlobalMemoryStatusEx(ref memoryStatusEx)) throw new Win32Exception("無(wú)法獲得內(nèi)存信息"); return memoryStatusEx; } }
使用 AOT 發(fā)布項(xiàng)目,執(zhí)行 CsharpAot.exe
文件。
減少體積
在前面兩個(gè)例子中可以看到 CsharpAot.exe
文件大約在 3MB 左右,但是這個(gè)文件還是太大了,那么我們?nèi)绾芜M(jìn)一步減少 AOT 文件的大小呢?
讀者可以從這里了解如何裁剪程序:https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/deploying/trimming/trim-self-contained
需要注意的是,裁剪是沒(méi)有那么簡(jiǎn)單的,里面配置繁多,有一些選項(xiàng)不能同時(shí)使用,每個(gè)選項(xiàng)又能帶來(lái)什么樣的效果,這些選項(xiàng)可能會(huì)讓開發(fā)者用得很迷茫。
經(jīng)過(guò)筆者的大量測(cè)試,筆者選用了以下一些配置,能夠達(dá)到很好的裁剪效果,供讀者測(cè)試。
首先,引入一個(gè)庫(kù):
<ItemGroup> <PackageReference Include="Microsoft.DotNet.ILCompiler" Version="7.0.0-*" /> </ItemGroup>
接著,在項(xiàng)目文件中加入以下選項(xiàng):
<!--AOT 相關(guān)--> <PublishAot>true</PublishAot> <TrimMode>full</TrimMode> <RunAOTCompilation>True</RunAOTCompilation> <PublishTrimmed>true</PublishTrimmed> <TrimmerRemoveSymbols>true</TrimmerRemoveSymbols> <PublishReadyToRunEmitSymbols>false</PublishReadyToRunEmitSymbols> <DebuggerSupport>false</DebuggerSupport> <EnableUnsafeUTF7Encoding>true</EnableUnsafeUTF7Encoding> <InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization> <HttpActivityPropagationSupport>false</HttpActivityPropagationSupport> <MetadataUpdaterSupport>true</MetadataUpdaterSupport> <UseSystemResourceKeys>true</UseSystemResourceKeys> <IlcDisableReflection >true</IlcDisableReflection>
最后,發(fā)布項(xiàng)目。
吃驚!生成的可執(zhí)行文件只有 1MB 了,而且還可以正常執(zhí)行。
筆者注:雖然現(xiàn)在看起來(lái) AOT 的文件很小了,但是如果使用到 HttpClient
、System.Text.Json
等庫(kù),哪怕只用到了一兩個(gè)函數(shù),最終包含這些庫(kù)以及這些庫(kù)使用到的依賴,生成的 AOT 文件會(huì)大得驚人。
所以,如果項(xiàng)目中使用到其他 nuget 包的時(shí)候,別想著生成的 AOT 能小多少!
C# 導(dǎo)出函數(shù)
這一步可以從時(shí)總的博客中學(xué)習(xí)更多:http://www.dbjr.com.cn/article/246344.htm
PS:時(shí)總真的太強(qiáng)了。
在 C 語(yǔ)言中,導(dǎo)出一個(gè)函數(shù)的格式可以這樣:
// MyCFuncs.h #ifdef __cplusplus extern "C" { // only need to export C interface if // used by C++ source code #endif __declspec( dllimport ) void MyCFunc(); __declspec( dllimport ) void AnotherCFunc(); #ifdef __cplusplus } #endif
當(dāng)代碼編譯之后,我們就可以通過(guò)引用生成的庫(kù)文件,調(diào)用 MyCFunc
、AnotherCFunc
兩個(gè)方法。
如果不導(dǎo)出的話,別的程序是無(wú)法調(diào)用庫(kù)文件里面的函數(shù)。
因?yàn)?.NET 7 的 AOT 做了很多改進(jìn),因此,.NET 程序也可以導(dǎo)出函數(shù)了。
新建一個(gè)項(xiàng)目,名字就叫 CsharpExport
吧,我們接下來(lái)就在這里項(xiàng)目中編寫我們的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。
添加一個(gè) CsharpExport.cs
文件,內(nèi)容如下:
using System.Runtime.InteropServices; namespace CsharpExport { public class Export { [UnmanagedCallersOnly(EntryPoint = "Add")] public static int Add(int a, int b) { return a + b; } } }
然后在 .csproj
文件中,加上 PublishAot
選項(xiàng)。
然后通過(guò)以下命令發(fā)布項(xiàng)目,生成鏈接庫(kù):
dotnet publish -p:NativeLib=Shared -r win-x64 -c Release
看起來(lái)還是比較大,為了繼續(xù)裁剪體積,我們可以在 CsharpExport.csproj
中加入以下配置,以便生成更小的可執(zhí)行文件。
<!--AOT 相關(guān)--> <PublishAot>true</PublishAot> <TrimMode>full</TrimMode> <RunAOTCompilation>True</RunAOTCompilation> <PublishTrimmed>true</PublishTrimmed> <TrimmerRemoveSymbols>true</TrimmerRemoveSymbols> <PublishReadyToRunEmitSymbols>false</PublishReadyToRunEmitSymbols> <DebuggerSupport>false</DebuggerSupport> <EnableUnsafeUTF7Encoding>true</EnableUnsafeUTF7Encoding> <InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization> <HttpActivityPropagationSupport>false</HttpActivityPropagationSupport> <MetadataUpdaterSupport>true</MetadataUpdaterSupport> <UseSystemResourceKeys>true</UseSystemResourceKeys> <IlcDisableReflection >true</IlcDisableReflection>
C# 調(diào)用 C# 生成的 AOT
在本小節(jié)中,將使用 CsharpAot
項(xiàng)目調(diào)用 CsharpExport
生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。
把 CsharpExport.dll
復(fù)制到 CsharpAot
項(xiàng)目中,并配置 始終復(fù)制。
在 CsharpAot
的 Native
中加上:
[LibraryImport("CsharpExport.dll", SetLastError = true)] [return: MarshalAs(UnmanagedType.I4)] internal static partial Int32 Add(Int32 a, Int32 b);
然后在代碼中使用:
static void Main() { var result = Native.Add(1, 2); Console.WriteLine($"1 + 2 = {result}"); Console.ReadKey(); }
在 Visual Studio 里啟動(dòng) Debug 調(diào)試:
可以看到,是正常運(yùn)行的。
接著,將 CsharpAot
項(xiàng)目發(fā)布為 AOT 后,再次執(zhí)行:
可以看到,.NET AOT 調(diào)用 .NET AOT 的代碼是沒(méi)有問(wèn)題的。
Golang 部分
Go 生成 Windows 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù),需要安裝 GCC,通過(guò) GCC 編譯代碼生成對(duì)應(yīng)平臺(tái)的文件。
安裝 GCC
需要安裝 GCC 10.3,如果 GCC 版本太新,會(huì)導(dǎo)致編譯 Go 代碼失敗。
打開 tdm-gcc 官網(wǎng),通過(guò)此工具安裝 GCC,官網(wǎng)地址:
https://jmeubank.github.io/tdm-gcc/download/
下載后,根據(jù)提示安裝。
然后添加環(huán)境變量:
D:\TDM-GCC-64\bin
運(yùn)行 gcc -v
,檢查是否安裝成功,以及版本是否正確。
Golang 導(dǎo)出函數(shù)
本節(jié)的知識(shí)點(diǎn)是 cgo,讀者可以從這里了解更多:
https://www.programmerall.com/article/11511112290/
新建一個(gè) Go 項(xiàng)目:
新建一個(gè) main.go
文件,文件內(nèi)容如下:
package main import ( "fmt" ) import "C" //export Start func Start(arg string) { fmt.Println(arg) } // 沒(méi)用處 func main() { }
在 Golang 中,要導(dǎo)出此文件中的函數(shù),需要加上 import "C"
,并且 import "C"
需要使用獨(dú)立一行放置。
//export {函數(shù)名稱}
表示要導(dǎo)出的函數(shù),注意,//
和 export
之間 沒(méi)有空格。
將 main.go
編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù):
go build -ldflags "-s -w" -o main.dll -buildmode=c-shared main.go
不得不說(shuō),Go 編譯出的文件,確實(shí)比 .NET AOT 小一些。
前面,筆者演示了 .NET AOT 調(diào)用 .NET AOT ,那么, Go 調(diào)用 Go 是否可以呢?
答案是:不可以。
因?yàn)?Go 編譯出來(lái)的 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)本身帶有 runtime,Go 調(diào)用 main.dll
時(shí) ,會(huì)出現(xiàn)異常。
具有情況可以通過(guò) Go 官方倉(cāng)庫(kù)的 Issue 了解:https://github.com/golang/go/issues/22192
這個(gè)時(shí)候,.NET 加 1
分。
雖然 Go 不能調(diào)用 Go 的,但是 Go 可以調(diào)用 .NET 的。在文章后面會(huì)介紹。
雖然說(shuō) Go 不能調(diào)用自己,這里還是繼續(xù)補(bǔ)全代碼,進(jìn)一步演示一下。
Go 通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)調(diào)用函數(shù)的示例:
func main() { maindll := syscall.NewLazyDLL("main.dll") start := maindll.NewProc("Start") var v string = "測(cè)試代碼" var ptr uintptr = uintptr(unsafe.Pointer(&v)) start.Call(ptr) }
代碼執(zhí)行后會(huì)報(bào)錯(cuò):
.NET C# 和 Golang 互調(diào)
C# 調(diào)用 Golang
將 main.dll
文件復(fù)制放到 CsharpAot
項(xiàng)目中,設(shè)置 始終復(fù)制。
然后在 Native
中添加以下代碼:
[LibraryImport("main.dll", SetLastError = true)] internal static partial void Start(IntPtr arg);
調(diào)用 main.dll
中的函數(shù):
static void Main() { string arg = "讓 Go 跑起來(lái)"; // 將申請(qǐng)非托管內(nèi)存string轉(zhuǎn)換為指針 IntPtr concatPointer = Marshal.StringToHGlobalAnsi(arg); Native.Start(concatPointer); Console.ReadKey(); }
在 .NET 中 string 是引用類型,而在 Go 語(yǔ)言中 string 是值類型,這個(gè)代碼執(zhí)行后,會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢?
執(zhí)行結(jié)果是輸出一個(gè)長(zhǎng)數(shù)字。
筆者不太了解 Golang 內(nèi)部的原理,不確定這個(gè)數(shù)字是不是 .NET string 傳遞了指針地址,然后 Go 把指針地址當(dāng)字符串打印出來(lái)了。
因?yàn)樵?C、Go、.NET 等語(yǔ)言中,關(guān)于 char、string 的內(nèi)部處理方式不一樣,因此這里的傳遞方式導(dǎo)致了跟我們的預(yù)期結(jié)果不一樣。
接著,我們將 main.go
文件的 Start
函數(shù)改成:
//export Start func Start(a,b int) int{ return a+b }
然后執(zhí)行命令重新生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù):
go build -ldflags "-s -w" -o main.dll -buildmode=c-shared main.go
將 main.dll
文件 復(fù)制到 CsharpAot
項(xiàng)目中,將 Start
函數(shù)引用改成:
[LibraryImport("main.dll", SetLastError = true)] [return: MarshalAs(UnmanagedType.I4)] internal static partial Int32 Start(int a, int b);
執(zhí)行代碼調(diào)用 Start
函數(shù):
static void Main() { var result = Native.Start(1, 2); Console.WriteLine($"1 + 2 = {result}"); Console.ReadKey(); }
Golang 調(diào)用 C#
將 CsharpExport.dll
文件復(fù)制放到 Go 項(xiàng)目中。
將 main
的代碼改成:
func main() { maindll := syscall.NewLazyDLL("CsharpExport.dll") start := maindll.NewProc("Add") var a uintptr = uintptr(1) var b uintptr = uintptr(2) result, _, _ := start.Call(a, b) fmt.Println(result) }
將參數(shù)改成 1
、9
,再次執(zhí)行:
其他
在本文中,筆者演示了 .NET AOT,雖然簡(jiǎn)單的示例看起來(lái)是正常的,體積也足夠小,但是如果加入了實(shí)際業(yè)務(wù)中需要的代碼,最終生成的 AOT 文件也是很大的。
例如,項(xiàng)目中使用 HttpClient
這個(gè)庫(kù),會(huì)發(fā)現(xiàn)里面加入了大量的依賴文件,導(dǎo)致生成的 AOT 文件很大。
在 .NET 的庫(kù)中,很多時(shí)候設(shè)計(jì)了大量的重載,同一個(gè)代碼有好幾個(gè)變種方式,以及函數(shù)的調(diào)用鏈太長(zhǎng),這樣會(huì)讓生成的 AOT 文件變得比較臃腫。
目前來(lái)說(shuō), ASP.NET Core 還不支持 AOT,這也是一個(gè)問(wèn)題。
在 C# 部分,演示了如何使用 C# 調(diào)用系統(tǒng)接口,這里讀者可以了解一下 pinvoke
:http://pinvoke.net/
這個(gè)庫(kù)封裝好了系統(tǒng)接口,開發(fā)者不需要自己擼一遍,通過(guò)這個(gè)庫(kù)可以很輕松地調(diào)用系統(tǒng)接口,例如筆者最近在寫 MAUI 項(xiàng)目,通過(guò) Win32 API 控制桌面窗口,里面就使用到 pinvoke
簡(jiǎn)化了大量代碼。
到此這篇關(guān)于.NET 7 AOT 的使用以及 .NET 與 Go 互相調(diào)用的文章就介紹到這了,更多相關(guān).NET 7 AOT 的使用以及 .NET 與 Go 互相調(diào)用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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