Платформа Microsoft .Net Framework 2.0

Совокупность средств, с помощью которых программы пишутся, корректируются, преобразуются в машинные коды, отлаживаются и запускаются, называют средой разработки или оболочкой. Платформа .Net или .Net Framework – это больше чем просто среда разработки программ, это новое революционное объединение ранее разрозненных технологий компанией Microsoft, которые позволяют разрабатывать разнотипные приложения на различных языках программирования под различные операционные системы.

.NET Framework является надстройкой над операционной системой, в качестве которой может выступать любая версия Windows, Unix и вообще любая ОС (по заверению разработчиков), и состоит из ряда компонентов. Так, .NET Framework включает в себя:

Основным компонентом платформы .NET Framework является общеязыковая среда выполнения программ CLR. Название среды – "общеязыковая среда выполнения" - говорит само за себя: это исполняющая среда, которая подходит для различных языков программирования. К функциям CLR относятся:

Следующим компонентом .Net Framework является FCL – библиотека классов платформы. Эта библиотека разбита на несколько модулей таким образом, что имеется возможность использовать ту или иную ее часть в зависимости от требуемых результатов. Так, например, в одном из модулей содержатся "кирпичики", из которых можно построить Windows-приложения, в другом — "кирпичики", необходимые для организации работы в сети и т.д.

Часть FCL посвящена описанию базисных типов. Тип — это способ представления данных; определение наиболее фундаментальных из них облегчает совместное использование языков программирования с помощью .NET Framework. Все вместе это называется Common Type System (CTS — единая система типов).

Кроме того, библиотека FCL включает в себя Common Language Specification (CLS – общая языковая спецификация), которая устанавливает: основные правила языковой интеграции. Спецификация CLS определяет минимальные требования, предъявляемые к языку платформы .NET. Компиляторы, удовлетворяющие этой спецификации, создают объекты, способные взаимодействовать друг с другом. Поэтому любой язык, соответствующий требованиям CLS, может использовать все возможности библиотеки FCL.

Как уже отмечалось, основными языками, предназначенными для платформы .NET Framework, являются С#, VB.NET, Managed C++ и JScript .NET. Для данных языков Microsoft предлагает собственные компиляторы, переводящие программу в IL-код, который выполняется JIT-компилятором среды CLR. Кроме Microsoft, еще несколько компаний и академических организаций создали свои собственные компиляторы, генерирующие код, работающий в CLR. На сегодняшний момент известны компиляторы для Pascal, Cobol, Lisp, Perl, Prolog и т.д. Это означает, что можно написать программу, например, на языке Pascal, а затем, воспользовавшись соответствующим компилятором, создать управляемый код, который будет работать в среде CLR.

Понятия приложения, проекта, решения

.NET Framework не налагает никаких ограничений на возможные типы создаваемых приложений. Тем не менее, давайте рассмотрим некоторые наиболее часто встречающиеся типы приложений:

Приложение, находящееся в процессе разработки, называется проектом. Несколько приложений могут быть объединены в решение (solution).

Удобной средой разработки приложений является Visual Studio .Net.

Среда разработки Visual Studio .Net

В данном курсе мы будем изучать язык С#. Знакомство с языком начнем с разработки консольных приложений. В качестве среды разработки мы будем использовать Visual Studio .Net (VS).

Можно создавать файлы с исходным кодом на С# с помощью обычного текстового редактора, например, Блокнота, и компилировать их в управляемые модули с помощью компилятора командной строки, который является составной частью .NET Framework. Однако наиболее удобно для этих целей использовать VS, потому что:

Создание первого проекта

Для создания проекта следует запустить VS, а затем в главном меню VS выбрать команду File – New - Project. После чего откроется диалоговое меню New Project (см. рис.1.1).

В поле Project types следует выбрать Visual C#, в поле Templates – Console Application.

В строчке Name введите имя приложения Hello. Обратите внимание на то, что это же имя появится в строчке Solution Name. Уберите галочку в поле Create directory for Application (пока мы создаем простое приложение, и нам нет необходимости усложнять его структуру).

В строке Location определите положение на диске, куда нужно сохранять ваш проект. И нажмите кнопку OK. Примерный вид экрана изображен на рис 1.2

В правой верхней части располагается окно управления проектом Solution Explorer. Если оно закрыто, то его можно включить командой View - Solution Explorer. В этом окне перечислены все ресурсы, входящие в проект:

В правой нижней части экрана располагается окно свойств Properties. Если оно закрыто, то его можно включить командой View - Properties. В этом окне отображаются важнейшие характеристики выделенного элемента.

Основное пространство экрана занимает окно редактора, в котором располагается текст программы, созданный средой автоматически. Текст представляет собой каркас, в который программист будет добавлять нужный код. При этом зарезервированные слова отображаются синим цветом, комментарии – зеленым, основной текст – черным.

Текст структурирован. Щелкнув на знак минус, мы скроем блок кода, щелкнув на знаке плюс – откроем.

Откроем папку, содержащую проект, и рассмотрим ее структуру (см. рис.1.3). Файлы, выделенные жирным шрифтом, появятся только после компиляции.

На данном этапе особый интерес для нас будут представлять следующие файлы:

Теперь рассмотрим сам текст программы.

using System – это директива, которая разрешает использовать имена стандартных классов из пространства имен System непосредственно без указания имени пространства, в котором они были определены.

Ключевое слово namespace создает для проекта свое собственное пространство имен, которое по умолчанию называется именем проекта. В нашем случае пространство имен называется Hello. Однако программист вправе указать другое имя. Пространство имен ограничивает область применения имен, делая его осмысленным только в рамках данного пространства. Это сделано для того, чтобы можно было давать имена программным объектам, не заботясь о том, что они совпадут с именами в других приложениях. Таким образом, пространства имен позволяют избегать конфликта имен программных объектов, что особенно важно при взаимодействии приложений.

С# - объектно-ориентированный язык, поэтому написанная на нем программа будет представлять собой совокупность взаимодействующих между собой классов. Автоматически был создан класс с именем Program (в других версиях среды может создаваться класс с именем Class1 ).

Данный класс содержит только один метод - метод Main(). Метод Main() является точкой входа в программу, т.е. именно с данного метода начнется выполнение приложения. Каждая программа на языке С# должна иметь метод Main ().

Метод Main() имеет одну важную особенность. Перед объявлением типа возвращаемого значения void (который означает, что метод не возвращает значение) стоит ключевое слово static, которое означает что метод Main() можно вызывать, не создавая объект типа Program.

Добавим в метод следующий код:

Console.WriteLine("Hello!");

Здесь Console имя стандартного класса из пространства имен System. Его метод WriteLine выводит на экран текст, заданный в кавычках

Для запуска программы следует нажать клавишу F5 или выполнить команду Debug-Start Debugging.Если программа выполнена без ошибок, то сообщение выведется в консольное окно, которое мелькнет и быстро закроется. Чтобы просмотреть сообщение в нормальном режиме нужно нажать клавиши Ctrl+F5 или выполнить команду Debug-Start Without Debugging.В нашем случае откроется следующее консольное окно:

(рис 1.7) 01_07

Если код программы будет содержать ошибки, например, пропущена точка с запятой после команды вывода, то после нажатия клавиши F5 откроется диалоговое окно, в котором выведется сообщение о том, что обнаружена ошибка, и вопрос, продолжать ли работу дальше. Если вы ответите Yes, то будет выполнена предыдущая удачно скомпилированная версия программы. Иначе процесс будет остановлен и управление передано окну списка ошибок Error List.

Компиляция и выполнение программы в среде CLR

В прошлом почти все компиляторы генерировали код для конкретных процессорных архитектур. Все CLR-совместимые компиляторы вместо этого генерируют IL-код, который также называется управляемым модулем, потому что CLR управляет его жизненным циклом и выполнением. Рассмотрим составные части управляемого модуля:

По умолчанию CLR-совместимые компиляторы генерируют управляемый код, безопасность выполнения которого поддается проверке средой CLR. Вместе с тем возможно разрабатывать неуправляемый или "небезопасный" код, которому разрешается работать непосредственно с адресами памяти и управлять байтами в этих адресах. Эта возможность, обычно полезна при взаимодействии с неуправляемым кодом или при необходимости добиться максимальной производительности при выполнении критически важных алгоритмов. Однако использовать неуправляемый код довольно рискованно, т.к. он способен разрушить существующие структуры данных.

Чтобы понять принцип выполнения программы в среде CLR рассмотрим небольшой пример:

Непосредственно перед исполнением функции Main CLR находит все типы, на которые ссылается ее код. В нашем случае метод Main ссылается на единственный тип — Console, и CLR выделяет единственную внутреннюю структуру WriteLine.

Когда Main первый раз обращается к WriteLine, вызывается функция JITCompiler (условное название), которая отвечает за компиляцию IL-кода вызываемого метода в собственные команды процессора. Функции JITCompiler известен вызываемый метод и тип, в котором он определен. JITCompiler ищет в метаданных соответствующей сборки IL-код вызываемого метода, затем проверяет и компилирует IL-код в собственные команды процессора, которые сохраняются в динамически выделенном блоке памяти. После этого JITCompiler возвращается к внутренней структуре данных типа и заменяет адрес вызываемого метода адресом блока памяти, содержащего собственные команды процессора. В завершение JITCompiler передает управление коду в этом блоке памяти. Далее управление возвращается в Main, который продолжает работу в обычном порядке.

Затем Main обращается к WriteLine вторично. К этому моменту код WriteLine уже проверен и скомпилирован, так что производится обращение к блоку памяти, минуя вызов JITCompiler. Отработав, метод WriteLine возвращает управление Main.

Таким образом, за счет такой компиляции производительность теряется только при первом вызове метода. Все последующие обращения к одной и той же структуре выполняются "на полной скорости", без повторной верификации и компиляции.

1.2. Рекомендации по выполнению практикума

Всего – 36 задач.

Задание 1 (Практикум 3, раздел 1, №1)

Условие задачи: Написать программу, которая подсчитывает периметр квадрата, площадь которого равна $$s$$.

Указания по решению задачи. Пусть дан квадрат со стороной $$а$$, тогда:

Тестовый пример:

s	p
121	44

Программная реализация:

using System;

namespace Example
{
 class Program
 {
  static void Main()
  {
   Console.Write("s= ");           
   float s = float.Parse(Console.ReadLine());
   double p = 4 * Math.Sqrt(s);
   Console.WriteLine("p=" + p);
  }
 }
}

1.3. Рекомендации по самостоятельной работе

Самостоятельная работа осуществляется студентом во внеучебное время дома или в классах открытого доступа. Включает в себя: