Введение в C# и платформу Visual Studio.Net

MicrosoftVisualStudio .NET - это интегрированная среда разработки для создания, документирования, запуска и отладки программ, написанных на языках .NET.

Эта среда разработки является открытой языковой средой. Наряду с языками программирования, изначально включенными в среду - C++, C#, J#, Visual Basic, - в нее могут добавляться любые языки программирования, компиляторы которых создаются сторонними разработчиками. Необходимым условием для включения языков в среду Visual Studio.Net является использование единого каркаса – платформы Framework.Net.

Платформа Framework. Net позволяет:

• легко использовать компоненты, разработанных на различных языках;
• разрабатывать единое приложение из нескольких частей на разных языках;

Платформа Framework.Net содержит две основных компоненты:

• FCL (Framework Class Library) - библиотеку классов каркаса;
• CLR (Common Language Runtime) - общеязыковую исполнительную среду.

В рамках данной платформы используется стандартная система типов Common Type System (CTS), которая полностью описывает все типы данных, поддерживаемые средой выполнения, определяет взаимодействие типов данных и их представление в формате метаданных .NET.

Набор правил, определяющих подмножество общих типов данных, в отношении которых гарантируется, что они небезопасны при использовании во всех языках .NET, описывается в рамках спецификации Common Language Specification (CLS). Для того чтобы классы, разработанные на разных языках, можно было совместно использовать в рамках одного приложения, они должны удовлетворять определенным ограничениям, задаваемым CLS. Класс, удовлетворяющий CLS, называется CLS-совместимым. Он доступен для использования в других языках, классы которых могут быть клиентами или наследниками совместимого класса.

Платформа .NET предоставляет в распоряжение программиста библиотеку базовых классов, доступную из любого языка программирования .NET. Поскольку число классов библиотеки FCL достигает нескольких тысяч, то в целях структуризации функционально близкие классы объединяются в группы, называемые пространством имен ( Namespace ).

Основным пространством имен библиотеки FCL является пространство System, содержащее как классы, так и другие вложенные пространства имен. Например, в пространстве System.Collections находятся классы и интерфейсы, поддерживающие работу с коллекциями объектов - списками, очередями, словарями. Пространство System.Windows.Forms содержит классы, используемые при создании windows-приложений.

Следует помнить, что C# генерирует код, предназначенный для выполнения только в среде выполнения .NET (управляемый код). Сам двоичный файл, содержащий управляемый файл, называется сборкой. Сборка содержит код на промежуточном языке MSIL (Microsoft Intermediate Language) или просто IL. Аналогично байт-коду Java IL-код компилируется в платформенно-специфические инструкции при непосредственном обращении среды выполнении .NET к блоку IL-инструкций. Двоичные модули .NET в дополнение к инструкциям содержат также метаданные. Метаданные описывают не только типы, используемые в сборке, но и саму сборку. Данная часть метаданных называется манифестом.

В большинстве случаев между двоичным файлом .NET и сборкой существует отношение " один-к-одному ". Однако сборка может состоять как из одного, так и из нескольких двоичных файлов.

Сборка из одного файла содержит и манифест, и метаданные, и инструкции IL.

Двоичные файлы, образующие совместно общую сборку называются модулями. При этом один из двоичных файлом должен содержать манифест сборки. Остальные модули могут содержать только метаданные типов и инструкции IL.

Многофайловые сборки позволяют среде исполнения избирательно загружать только те сборки, которые в данный момент работы приложения действительно необходимы, что позволяет сокращать сетевой трафик и увеличивать скорость работы программ.

Основы C#

Что нового принес язык C# по сравнению с уже существовавшими до него языками?

• В программах на C#, как правило, нет необходимости в работе с указателями (при сохранении этой возможности), поскольку в нем реализовано автоматическое управление памятью.
• Предусмотрены встроенные синтаксические конструкции для работы с перечислениями, структурами и свойствами классов.
• Имеется полная поддержка программных интерфейсов. Использование двоичных модулей .NET позволяет передавать объекты (по ссылке или по значению) через границы программных модулей.
• Полная поддержка объектно-ориентированных технологий.

Для разработки приложений в Visual Studio.Net используются проекты.

Проект ( Project ) - это основная единица, с которой имеет дело разработчик. Сначала он должен выбрать тип проекта, после чего Visual Studio создает каркас проекта в соответствии с выбранным типом. Проект состоит из классов, собранных в одном или нескольких пространствах имен. Пространства имен ( Namespaces ) позволяют структурировать проекты, содержащие большое число классов, объединяя в одну группу близкие классы.

Несколько проектов могут объединяться в решение (Solution), которое также может включать ресурсы, необходимые этим проектам.

С точки зрения разработчика конечным результатом его работы, получаемым после компиляции исходного программного кода, является решение, а с точки зрения CLR (Common Language Runtime - общеязыковой среды исполнения) – сборка ( assembly ), содержащая PE файл, т.е. модуль в формате исполняемого файла PE (Portable Executable) для 32-разрядной ОС Windows либо DLL (Dynamic Link Library) файл.

Visual Studio.Net предлагает большое разнообразие возможных типов проектов.

Типы данных С#

Стандарт языка C++ включает следующий набор фундаментальных типов.

• Логический тип ( bool ).
• Символьный тип ( char ).
• Целые типы. Они могут отличаться размером: short, int, long, а также могут быть знаковыми ( signed ) или беззнаковыми ( unsigned ).
• Типы с плавающей точкой. Они также могут отличаться размерами: float, double и long double.

Тип void указывает на отсутствие информации.

К конструируемым типам относятся следующие:

• Указатели (например, char* ).
• Ссылки (например, char& ).
• Массивы (например, char[] ).

Также язык позволяет разработчику конструировать собственные типы:

• Перечислимые типы ( enum ).
• Структуры ( struct ).
• Классы.

В языке C# все типы можно рассматривать и под другим ракурсом, разделив их на четыре категории:

• Типы-значения ( value ).
• Ссылочные ( reference ).
• Указатели ( pointer ).
• Тип void.

Для ссылочного типа значение задает ссылку на область памяти в "куче" (heap), где расположен соответствующий объект. Для типа-значения значением являются собственно данные, а память для них выделяется в стеке.

Логический, арифметический, структуры, перечисление относятся типам-значениям. Массивы, строки и классы относятся к ссылочным типам.

И ссылочные, и обычные типы являются производными от базового класса object. В тех случаях, когда обычный тип должен вести себя как объект, создается оболочка (wrapper), которую можно рассматривать как ссылочный объект, помещенный в кучу, и в нее копируется значение переменной обычного типа. Оболочка автоматически помечается таким образом, что система знает, какое значение она содержит. Этот процесс назывется упаковкой ( boxing ), а обратный процесс - распаковкой ( unboxing ).

Упаковка происходит автоматически, для этого нужно только присвоить значение обычного типа переменной типа object. Упаковка и распаковка позволяют обрабатывать любой тип как объект. Например, в выражении

3.ToString();

целое число 3 упаковывается путем вызова функции Int32.ToString().

Массивы в C# могут быть многомерными ( multidimensional ) или невыровненными ( jagged ). Более сложные структуры данных такие, как стек и хеш-таблица определены в пространстве имен System.Collections.

В языке C# определен класс сhar[], и его можно использовать для представления строк постоянной длины. Однако массив сhar[] - это обычный массив, поэтому его нельзя инициализировать строкой символов. В C# не определено преобразование из класса сhar[] в класс String. У String есть динамический метод ToCharArray, задающий подобное преобразование в сhar[].

Класс String не разрешает изменять существующие объекты. Класс StringBuilder позволяет исправить этот недостаток. Этот класс принадлежит к изменяемым классам и его можно найти в пространстве имен System.Text.

Классы и методы в C#.

В Visual Studio.Net, и в C# в частности, любая программная система рассматривается как совокупность классов, объединенных в проекты, пространства имен, решения.

Описание класса имеет следующий синтаксис:

[атрибуты][модификаторы]class имя_класса[:список_родителей] {тело_класса}

В теле класса могут быть объявлены:

• константы;
• поля;
• конструкторы и деструкторы;
• методы;
• события;
• делегаты;
• классы (структуры, интерфейсы, перечисления).

Поля класса синтаксически являются обычными переменными (объектами) языка. Их описание удовлетворяет обычным правилам объявления переменных. Поля характеризуют свойства объектов класса.

Методы класса синтаксически являются обычными процедурами и функциями языка. Методы содержат описания операций, доступных над объектами класса. Методы, называемые свойствами являются специальной синтаксической конструкцией, предназначенной для обеспечения эффективной работы с классами.

Конструктор представляет собой специальный метод класса, позволяющий создавать объекты класса. Его имя должно совпадать с именем класса. Если разработчик не определяет конструктор класса, то к классу автоматически добавляется конструктор по умолчанию - конструктор без аргументов.

Делегат в C# представляет собой описание случая класса и задает определение функционального типа (класса) данных. Экземплярами класса являются функции. Каждый делегат описывает множество функций с заданной сигнатурой. Каждая функция (метод), сигнатура которого совпадает с сигнатурой делегата, может рассматриваться как экземпляр класса, заданного делегатом. Синтаксис объявления делегата имеет следующий вид:

[<спецификатор доступа>] delegate <тип результата> <имя класса> (<список аргументов>);