Основные компоненты net framework. Понятие о среде

Типы приложений.NET

Язык C# можно использовать для создания консольных приложений - текстовых приложений, запускаемых в окне DOS. Скорее всего, такие приложения будут применяться для тестирования библиотек классов. Однако гораздо чаще язык C# придется использовать для создания приложений, имеющих доступ к множеству технологий, связанных с.NET. В данной статье представлен краткий обзор различных типов приложений, которые можно писать на C#.

Создание приложений ASP.NET

Изначально появление ASP.NET 1.0 фундаментально изменило модель веб-программирования. ASP.NET 4 является старшим выпуском продукта и построен на базе прежних достижений. В ASP.NET 4 реализованы основные революционные шаги, направленные на повышение продуктивности работы. Главная цель ASP.NET 4 - позволить строить мощные, безопасные, динамичные приложения с использованием минимально возможного объема кода.

Возможности ASP.NET

Первое, и, возможно, самое важное - это то, что страницы структурированы . То есть каждая страница - это, по сути, класс, унаследованный от класса.NET System.Web.UI.Page , который может переопределить набор методов, вызываемых во время жизненного цикла объекта Page. (Можете воспринимать эти события как специфичные для страниц родственники событий OnApplication_Start и OnSession_Start , которые поступали в файлы global.asax в классической платформе ASP.) Поскольку функциональность страниц можно выделить в обработчики событий определенного назначения, страницы ASP.NET гораздо легче понять.

Другая приятная особенность страниц ASP.NET заключается в том, что их можно создавать в Visual Sludio 2010 - той же среде, в которой программируется бизнес-логика и компоненты доступа к данным, используемые этими же страницами ASP.NET. Проект Visual Studio 2010, или решение (solution), содержит все файлы, ассоциированные с приложением. Более того, классические ASP-страницы можно отлаживать непосредственно в редакторе. В прежние времена, связанные с Visual InterDev , существовала неприятная необходимость специально конфигурировать InterDev и веб-сервер проекта для включения отладки.

Для большей ясности средство отделенного кода (code-behind) ASP.NET позволяет распространить структурированный подход еще дальше. ASP.NET позволяет изолировать серверную функциональность страницы в классе, скомпилировать этот класс вместе с другими страницами в библиотеку DLL и разместить эту DLL в каталоге, находящемся ниже части HTML. Директива @Page, указанная в начале страницы, ассоциирует этот файл с классом. Когда браузер запрашивает страницу, веб-сервер генерирует события в классе, находящемся в файле класса страницы.

Последнее, но не менее важное свойство ASP.NET, которое следует упомянуть - это увеличенная производительность. В то время как классические ASP-страницы интерпретировались при каждом обращении к странице, страницы ASP.NET после компиляции подвергаются кэшированию на веб-сервере. Это значит, что все последующие запросы страниц ASP.NET выполняются быстрее, чем первый.

ASP.NET также облегчает написание страниц, отображающих формы в браузере, которые можно применять в корпоративной сети. Традиционное мнение о приложениях, ориентированных на формы, заключается в том, что они предоставляют развитый пользовательский интерфейс, однако их сложнее сопровождать, поскольку они запускаются на многих клиентских машинах. По этой причине люди полагаются на приложения, ориентированные на формы, только тогда, когда необходим развитый интерфейс и имеется возможность обеспечить надежную поддержку пользователям.

Веб-формы

Чтобы еще более облегчить конструирование веб-страниц, в Visual Studio 2010 предлагается библиотека Web Forms (Веб-формы). Это средство позволяет графически создавать страницы ASP.NET - точно так же, как создаются окна в Visual Basic 6 и в C++Builder. Другими словами, потребуется перетащить необходимые элементы управления из панели инструментов на поверхность формы, затем слегка подкорректировать код формы и написать обработчики событий для элементов управления. При использовании языка C# для создания веб-формы, вы создаете класс C#, унаследованный от базового класса Page , и страницу ASP.NET, которая отображает этот класс в качестве своего отделенного кода. Разумеется, вы не обязаны применять для создания веб-формы именно C#; для этого можно воспользоваться также Visual Basic 2010 или любым другим языком, ориентированным на.NET.

В прошлом сложность веб-разработки удерживала некоторые команды разработчиков от попыток ее освоения. Для достижения успехов в разработке веб-приложений приходилось знать множество разных технологий, таких как VBScript, ASP, DHTML, JavaScript и т.д. Применение концепций Web Forms к веб-страницам существенно упростило построение веб-приложений.

Элементы управления веб-сервера

Элементы управления, применяемые в веб-формах, не являются элементами управления в том же смысле, в каком ими являются элементы ActiveX . Вместо этого они представляют собой XML-дескрипторы, принадлежащие пространству имен ASP.NET, которые веб-браузер динамически трансформирует в HTML-дескрипторы и сценарии клиентской стороны, когда осуществляется запрос этой страницы. Удивительно то, что веб-сервер может отображать одни и те же элементы управления серверной стороны различными способами, генерируя трансформацию, соответствующую конкретному веб-браузеру, который прислал запрос. Это означает, что теперь можно легко создавать совершенные пользовательские интерфейсы веб-страниц, не заботясь о том, как достичь того, чтобы страница работала в любом из доступных браузеров - об этом позаботится Web Forms.

Веб-службы XML

На сегодняшний день HTML-страницы составляют большую часть трафика World Wide Web. Однако благодаря XML, компьютеры получают независимый от устройства формат, который может использоваться для их взаимодействия в Интернете. В будущем для обмена информацией компьютеры смогут использовать XML вместо того, чтобы пересылать друг другу по выделенным линиям сообщения в специальном патентованном формате, подобном EDI (Electronic Data Interchange - электронный обмен данными) . Веб-службы XML предназначены для веб-среды, ориентированной на службы, когда удаленные компьютеры предоставляют друг другу динамическую информацию, которая может быть проанализирована и переформатирована, прежде чем получить свое окончательное представление для пользователя. Веб-службы XML - это простой способ для компьютеров предоставлять информацию в форме XML другим компьютерам в Интернете.

В рамках технической терминологии веб-служба XML в.NET - это страница ASP.NET, которая возвращает по запросам клиентов XML-код вместо HTML-кода. Такие страницы опираются на DLL-библиотеки отделенного кода, которые содержат классы, унаследованные от WebService. Интегрированная среда разработки Visual Studio 2010 предлагает механизм, облегчающий создание веб-служб.

Предприятие или организация может отдать предпочтение веб-службам XML по двум основным причинам. Первая причина заключается в том, что они основаны на HTTP; вебслужбы могут использовать существующие сети на базе HTTP в качестве посредников для передачи информации. Другая причина связана с тем, что поскольку веб-службы XML применяют XML, формат передаваемых данных является самодокументированным, открытым и независящим от платформы.

Создание Windows-форм

Хотя C# и.NET предназначены, в частности, для веб-разработки, они по-прежнему поддерживают так называемые приложения "толстого" клиента - т.е. приложения, которые должны устанавливаться на машине конечного пользователя, где и выполняется большая часть обработки. Это обеспечивает библиотека Windows forms (Windows-формы).

Однако, если вы начинаете изучать платформу.NET, я бы не рекомендовал вам изучать Windows Forms, а сразу переходить к изучению новейшей технологии WPF.

Windows Presentation Foundation (WPF)

Одной из новейших технологий революционного характера является Windows Presentation Foundation (WPF). При построении приложений WPF опирается на использование XAML. Аббревиатура XAML означает Extensible Application Markup Language - расширяемый язык разметки приложений. Этот новый способ создания приложений внутри среды Microsoft, впервые представленный в 2006 г., является частью версий.NET Framework 3.0, 3.5 и 4. Это значит, что для того, чтобы запустить любое приложение WPF, необходимо удостовериться, что на машине клиента установлена платформа.NET Framework 3.0, 3.5 или 4. Приложения WPF доступны для ОС Windows 7, Windows Vista, Windows XP, Windows Server 2003 и Windows Server 2008 (только эти операционные системы позволяют устанавливать.NET Framework 3.0, 3.5 или 4).

XAML - это объявление XML, используемое для создания форм, которые представляют все визуальные аспекты и поведение приложений WPF. Поскольку с приложением WPF можно работать программно, эта технология представляет собой шаг в направлении декларативного программирования, к которому движется сегодня вся отрасль. Декларативное программирование означает, что вместо создания объектов посредством написания кода на компилируемом языке, таком как C#, VB или Java, все объявляется с помощью XML-подобного программирования.

Службы Windows

Служба Windows (Windows Service, изначально называвшаяся NT Service) - это программа, предназначенная для запуска в фоновом режиме в среде Windows NT/2000/XP/2003/ Vista/7 (но не Windows 9х). Эти службы удобны, когда нужно организовать непрерывную работу программ, готовых реагировать на события, без необходимости явного их запуска по инициативе пользователя. Хорошим примером является служба World Wide Web Service на веб-серверах, которая прослушивает веб-запросы клиентов.

Разрабатывать службы на языке C# очень просто. В пространстве имен System.Service.Process доступны базовые классы среды.NET, которые позволяют решать большинство шаблонных задач, связанных с системными службами. Кроме того, среда Visual Studio .NET позволяет создавать проект C# Windows Service, в котором для построения службы Windows используется исходный код C#.

Windows Communication Foundation (WCF)

Изучая способы перемещения данных и служб из одной точки в другую, используемые в технологиях Microsoft, вы обнаружите, что в вашем распоряжении оказывается широкое разнообразие возможных решений. Например, вы можете использовать веб-службы ASP.NET, технологию.NET Remoting, Enterprise Services либо MSMQ. Какую же технологию выбрать? Ответ на этот вопрос диктуется тем, чего вы пытаетесь достичь, поскольку каждая из этих технологий предпочтительна в конкретной ситуации.

Памятуя об этом, в Microsoft действительно собрали все эти технологии вместе, и в версии.NET Framework 3.0, а также и в ее включении в.NET Framework 3.5 и 4, имеется единый способ перемещения данных - Windows Communication Foundation (WCF). Библиотека WCF обеспечивает возможностью первоначального построения службы с последующей доставкой этой службы различными путями (даже по разным протоколам) простым изменением конфигурационного файла. WCF - очень мощное новое средство соединения распределенных систем.

Windows Workflow Foundation (WF)

Служба Windows Workflow Foundation (WF) впервые была представлена в версии.NET Framework 3.0, но теперь подверглась основательной перестройке, в результате чего многие теперь найдут ее гораздо более полезной. Вы обнаружите, что в Visual Studio 2010 значительно улучшены средства работы с WF, и создавать собственные рабочие потоки стало гораздо удобней. Вы также найдете новые средства управления потоком, класс Flowchart, а также ряд новых действий, таких как DoWhile, ForEach и ParallelForEach.

Платформа.NET Framework - это один из компонентов системы Windows. Он позволяет создавать и использовать приложения нового поколения. Назначение платформы .NET Framework :

• создание целостной объектно-ориентированной среды программирования допускающей различные варианты реализации: код может храниться и выполняться локально; выполняться локально, а распространяться через Интернет; или выполняться удаленно;
• предоставление среды выполнения кода, в которой число конфликтов при развертывании программного обеспечения и управлении версиями будет сведено к минимуму;
• обеспечение безопасности выполнения кода в среде - в том числе кода, созданного неизвестным разработчиком или разработчиком с частичным доверием;
• предоставление среды выполнения кода, позволяющей устранить проблемы, связанные с производительностью сред на основе сценариев или интерпретации;
• унификация работы разработчиков в совершенно разных приложениях: как в приложениях Windows, так и в веб-приложениях;
• использование промышленных стандартов во всех областях обмена данными и, как следствие, обеспечения совместимости кода, созданного в.NET Framework, с другими программами.

Введение

ПЛАТФОРМА - это как минимум среда выполнения программ и… ещё что-либо, что определяет особенности разработки и выполнения программного кода – парадигмы программирования, языки программирования, множества базовых классов.

Microsoft.NET (.NET Framework) – программная платформа. Содержит следующие основные компоненты: the common language runtime (CLR) and the .NET Framework class library (.NET FCL).

CLS (Common Language Specification) – общая спецификация языков программирования. Это набор конструкций и ограничений, которые являются руководством для создателей библиотек и компиляторов в среде.NET Framework. Библиотеки, построенные в соответствии с CLS, могут быть использованы из любого языка программирования, поддерживающего CLS. Языки, соответствующие CLS (к их числу относятся языки Visual C#, Visual Basic, Visual C++), могут интегрироваться друг с другом. CLS – это основа межъязыкового взаимодействия в рамках платформы Microsoft.NET.

CLR (Common Language Runtime) – Среда Времени Выполнения или Виртуальная Машина. Обеспечивает выполнение сборки. Основной компонент.NET Framework. Под Виртуальной Машиной понимают абстракцию инкапсулированной (обособленной) управляемой операционной системы высокого уровня, которая обеспечивает выполнение программного кода и предполагает решение следующих задач:

§ управление кодом (загрузку и выполнение),

§ управление памятью при размещении объектов,

§ изоляцию памяти приложений,

§ проверку безопасности кода,

§ преобразование промежуточного языка в машинный код,

§ доступ к метаданным (расширенная информация о типах),

§ обработка исключений, включая межъязыковые исключения,

§ взаимодействие между управляемым и неуправляемым кодом (в том числе и COM-объектами),

§ поддержка сервисов для разработки (профилирование, отладка и т.д.).

Короче, CLR – это набор служб, необходимых для выполнения сборки. При этом программный код сборки может быть как управляемым (код, при выполнении которого CLR, в частности, активизирует систему управления памяти), так и неуправляемым (“старый” программный код).

Сама CLR состоит из двух главных компонентов: ядра (mscoree.dll) и библиотеки базовых классов (mscorlib.dll). Наличие этих файлов на диске – верный признак того, что на компьютере, по крайней мере, была предпринята попытка установки платформы.NET.

Ядро среды выполнения реализовано в виде библиотеки mscoree.dll. При компоновке сборки в неё встраивается специальная информация, которая при запуске приложения (EXE) или при загрузке библиотеки (обращение к DLL из неуправляемого модуля – вызов функции LoadLibrary для загрузки управляемой сборки) приводит к загрузке и инициализации CLR. После загрузки CLR в адресное пространство процесса, ядро среды выполнения выполняет следующие действия:

§ находит местонахождение сборки,

§ загружает сборку в память,

§ производит анализ содержимого сборки (выявляет классы, структуры, интерфейсы),

§ производит анализ метаданных,

§ обеспечивает компиляцию кода на промежуточном языке (IL) в платформозависимые инструкции (ассемблерный код),

§ выполняет проверки, связанные с обеспечением безопасности,

§ используя основной поток приложения, передаёт управление преобразованному в команды процессора фрагменту кода сборки.

FCL (.NET Framework Class Library) – соответствующая CLS спецификации объектно-ориентированная библиотека классов, интерфейсов и системы типов (типов-значений), которые включаются в состав платформы Microsoft .NET.

Эта библиотека обеспечивает доступ к функциональным возможностям системы и предназначена в качестве основы при разработке.NET приложений, компонент, элементов управления.

NET библиотека классов является вторым компонентом CLR.

NET FCL могут использовать ВСЕ.NET-приложения, независимо от назначения, архитектуры, используемого при разработке языка программирования. В частности, содержит:

§ встроенные (элементарные) типы, представленные в виде классов (на платформе.NET всё построено на структурах или классах),

§ классы для разработки графического пользовательского интерфейса (Windows Form),

§ классы для разработки Web-приложений и Web-служб на основе технологии ASP.NET (Web Forms),

§ классы для разработки XML и Internet-протоколами (FTP, HTTP, SMTP, SOAP),

§ классы для разработки приложений, работающих с базами данных (ADO.NET),

§ и многое другое.

NET-приложение – приложение, разработанное для выполнения на платформе Microsoft.NET. Реализуется на языках программирования, соответствующих CLS.

MSIL (Microsoft Intermediate Language, он же IL – Intermedia Language) – промежуточный язык платформы Microsoft.NET. Исходные тексты программ для.NET приложений пишутся на языках программирования, соответствующих спецификации CLS. Для языков программирования, соответствующих спецификации CLS может быть построен преобразователь в MSIL. Таким образом, программы на этих языках могут транслироваться в промежуточный код на MSIL. Благодаря соответствию CLS, в результате трансляции программного кода, написанного на разных языках, получается совместимый IL код.

Фактически MSIL является ассемблером виртуального процессора.

МЕТАДАННЫЕ - при преобразовании программного кода в MSIL также формируется блок МЕТАДАННЫХ, содержащий информацию о данных, используемых в программе. Фактически это наборы таблиц, содержащих информацию о типах данных, определяемых в модуле, о типах данных, на которые ссылается данный модуль. Ранее такая информация сохранялась отдельно. Например, приложение могло включать информацию об интерфейсах, которая описывалась на Interface Definition Language (IDL). Теперь метаданные являются частью управляемого модуля.

В частности, метаданные используются для:

§ сохранения информации о типах. При компиляции теперь не требуются заголовочные и библиотечные файлы. Всю необходимую информацию компилятор читает непосредственно из управляемых модулей,

§ верификации кода в процессе выполнения модуля,

§ управления динамической памятью (освобождение памяти) в процессе выполнения модуля,

§ при разработке программы стандартными инструментальными средствами (Microsoft Visual Studio.NET)

§ на основе метаданных обеспечивается динамическая подсказка (IntelliSense).

Языки, для которых реализован перевод на MSIL:

и ещё много других языков.

Исполняемый модуль - независимо от компилятора (и входного языка) результатом трансляции.NET приложения является управляемый исполняемый модуль (управляемый модуль). Это стандартный переносимый исполняемый (PE – Portable Executable) файл Windows.

Элементы управляемого модуля представлены в таблице.

Управляемый модуль содержит управляемый код.

Управляемый код - это код, который выполняется в среде CLR. Код строится на основе объявляемых в исходном модуле структур и классов, содержащих объявления методов. Управляемому коду должен соответствовать определенный уровень информации (метаданных) для среды выполнения. Код C#, Visual Basic, и JScript является управляемым по умолчанию. Код Visual C++ не является управляемым по умолчанию, но компилятор может создавать управляемый код, для этого нужно указать аргумент в командной строке(/CLR). Одной из особенностей управляемого кода является наличие механизмов, которые позволяют работать с УПРАВЛЯЕМЫМИ ДАННЫМИ.

Управляемые данные - объекты, которые в ходе выполнения кода модуля размещаются в управляемой памяти (в управляемой куче) и уничтожаются сборщиком мусора CLR. Данные C#, Visual Basic и JScript .NET являются управляемыми по умолчанию. Данные C# также могут быть помечены как неуправляемые.

Сборка (Assembly) - базовый строительный блок приложения в.NET Framework. Управляемые модули объединяются в сборки. Сборка является логической группировкой одного или нескольких управляемых модулей или файлов ресурсов. Управляемые модули в составе сборок исполняются в Среде Времени Выполнения (CLR). Сборка может быть либо исполняемым приложением (при этом она размещается в файле с расширением.EXE), либо библиотечным модулем (в файле с расширением.DLL). При этом ничего общего с обычными (старого образца!) исполняемыми приложениями и библиотечными модулями сборка не имеет.

Декларация сборки (Manifest) - составная часть сборки. Ещё один набор таблиц метаданных, который:

§ идентифицирует сборку в виде текстового имени, её версию, культуру и цифровую сигнатуру (если сборка разделяется среди приложений),

§ определяет входящие в состав файлы (по имени и хэшу),

§ указывает типы и ресурсы, существующие в сборке, включая описание тех, которые экспортируются из сборки,

§ перечисляет зависимости от других сборок,

§ указывает набор прав, необходимых сборке для корректной работы.

Эта информация используется в период выполнения для поддержки корректной работы приложения.

Процессор НЕ МОЖЕТ выполнять IL код. И перевод IL кода осуществляется JIT-компилятором (just in time – в нужный момент), который активизируется CLR по мере необходимости и выполняется процессором. При этом результаты деятельности JIT-компилятора сохраняются в оперативной памяти. Между фрагментом оттранслированного IL кода и соответствующим блоком памяти устанавливается соответствие, которое в дальнейшем позволяет CLR передавать управление командам процессора, записанным в этом блоке памяти, минуя повторное обращение к JIT-компилятору.

В среде CLR допускается совместная работа и взаимодействие компонентов программного обеспечения, реализованных на различных языках программирования.

На основе ранее сформированного блока метаданных CLR обеспечивает ЭФФЕКТИВНОЕ взаимодействие выполняемых.NET приложений.

Для CLR все сборки одинаковы, независимо от того на каких языках программирования они были написаны. Главное – это чтобы они соответствовали CLS. Фактически CLR разрушает границы языков программирования (cross-language interoperability). Таким образом, благодаря CLS и CTS .NET-приложения фактически оказываются приложениями на MSIL (IL).

CLR берёт на себя решение многих проблем, которые традиционно находились в зоне особого внимания разработчиков приложений. К числу функций, выполняемых CLR, относятся:

§ проверка и динамическая (JIT) компиляция MSIL кода в команды процессора,

§ управление памятью, процессами и потоками,

§ организация взаимодействия процессов,

§ решение проблем безопасности (в рамках существующей в системе политики безопасности).

AppDomain (домен приложения) - это логический контейнер сборок, который используется для изоляции приложения в рамках адресного пространства процесса. Все объекты, создаваемые приложением, создаются в рамках определенного домена приложения. Несколько доменов приложений могут существовать в одном процессе операционной системы. CLR изолирует приложения, управляя памятью в рамках домена приложения.

Код, выполняемый в CLR (CLR процесс) отделён от других процессов, выполняемых на компьютере в это же самое время.

Обычный процесс запускается системой в рамках специально выделяемого процессу адресного пространства. CLR предоставляет возможность выполнения множества управляемых приложений в ОДНОМ ПРОЦЕССЕ. Каждое управляемое приложение связывается с собственным доменом приложения (сокращенно AppDomain). В приложении помимо основного домена может быть создано несколько дополнительных доменов.

Структура среды выполнения CLR представлена на картинке.

Свойства доменов:

§ домены изолированы друг от друга. Объекты, созданные в рамках одного домена недоступны из другого домена,

§ CLR способна выгружать домены вместе со всеми сборками, связанными с этими доменами,

§ возможна дополнительная конфигурация и защита доменов,

§ для обмена данными между доменами реализован специальный механизм безопасного доступа (маршалинг).

§ В.NET Framework разработана собственная компонентная модель, элементами которой являются.NET-сборки (.NET-assembly), а для прямой и обратной совместимости с моделью COM/COM+ в CLR встроены механизмы (COM Interop), обеспечивающие доступ к COM-объектам по правилам.NET и к.NET-сборкам по правилам COM. При этом для.NET-приложений не требуется регистрации компонентов в системном реестре Windows.

Для выполнения.NET-приложения достаточно разместить относящиеся к данному приложению сборки в одном каталоге. Если при этом сборка может быть использована в нескольких приложениях, то она размещается и регистрируется с помощью специальной утилиты в GAC (Global Assembly Cache Общем КЭШе сборок).

CTS - Common Type System Стандартная Система Типов. Поддерживается всеми языками платформы. В силу того, что.NET дитя ООП – то речь здесь идёт об элементарных типах, классах, структурах, интерфейсах, делегатах и перечислениях.

Common Type System является важной частью среды выполнения, определяет структуру синтаксических конструкций, способы объявления, использования, и применения ОБЩИХ типов среды выполнения. В CTS сосредоточена основная информация о системе ОБЩИХ ПРЕДОПРЕДЕЛЁННЫХ типов, об их использовании и управлении (правилах преобразования значений). CTS играет важную роль в деле интеграции разноязыких управляемых приложений.

Пространство имён – это способ организации системы типов в единую группу. Существует общая общеязыковая библиотека базовых классов. И концепция пространства имён обеспечивает эффективную организацию и навигацию в этой библиотеке. Вне зависимости от языка программирования доступ к определённым классам обеспечивается за счёт их группировки в рамках общих пространств имён.

Выполнение неуправляемых исполняемых модулей (обычные Windows приложения), обеспечивается непосредственно системой Windows. Неуправляемые модули выполняются в среде Windows как “простые” процессы. Единственное требование, которому должны отвечать подобные модули – корректная работа в среде Windows. Они должны “правильно” работать (не вешать систему, не допускать утечек памяти, не блокировать другие процессы и корректно использовать средства самой ОС для работы от имени процессов). То есть, соответствовать наиболее общим правилам работы под Windows.

При этом большинство проблем корректного выполнения неуправляемого модуля (проблемы взаимодействия, выделения и освобождения памяти) являются проблемами разработчиков приложений. Например, известная технология COM является способом организации взаимодействия разнородных компонентов в рамках приложения.

Объект – в широком смысле это область памяти (стеке или куче), выделяемая в процессе выполнения программы для записи каких-либо значений. Характеризуется типом (фиксированным набором свойств, определяющих размер занимаемой области, способ интерпретации значения, диапазон значений, множество действий, допустимых при манипуляциях с объектом) местом расположения в памяти (адресом).

Сборка мусора - механизм, позволяющий CLR определить, когда объект становится недоступен в управляемой памяти программы. При сборке мусора управляемая память освобождается. Для разработчика приложения наличие механизма сборки мусора означает, что он больше не должен заботиться об освобождении памяти. Однако это может потребовать изменения в стиле программирования, например, особое внимание следует уделять процедуре освобождения системных ресурсов. Необходимо реализовать методы, освобождающие системные ресурсы, находящиеся под управлением приложения.

Стек - специальным образом организованная область памяти, предназначенный для временного хранения значений объектов (переменных и констант), для передачи параметров при вызове методов, для сохранения адреса возврата. Управление стеком по сравнению с кучей достаточно просто. Оно основано на изменении значения соответствующего регистра вершины стека. При сокращении размера стека объекты просто теряются.

Программа на C#

Программа – правильно построенная (не вызывающая возражений со стороны C# компилятора) последовательность предложений, на основе которой формируется сборка.

В общем случае, программист создаёт файл, содержащий объявления класов, который подаётся на вход компилятору. Результат компиляции представляется транслятором в виде сборки и определяется предпочтениями программиста. В принципе сборка может быть двух видов:

§ Portable Executable File (PE-файл с расширением.exe), пригоден к непосредственному исполнению CLR,

§ Dynamic Link Library File (DLL-файл с расширением.dll), предназначен для повторного использования как компонент в составе какого-либо приложения.

В любом случае на основе входного кода транслятор строит модуль на IL, манифест, и формирует сборку. В дальнейшем, сборка либо может быть выполнена после JIT компиляции, либо может быть использована в составе других программ.

NET Framework служит средой для поддержки, разработки и выполнения распределенных приложений, которые базируются на компонентах (элементах управления).

Приложения (программы) можно разрабатывать на разных языках программирования, которые поддерживают эту технологию.

NET Framework обеспечивает:

• совместное использование разных языков программирования;
• безопасность и переносимость программ;
• общую модель программирования на базе платформы Windows.

2. Какие основные составляющие .NET Framework ?

С точки зрения программирования, .NET Framework состоит из двух основных составляющих:

• общеязыковая исполнительная среда CLR (Common Language Runtime );
• библиотека базовых классов.

Общеязыковая среда CLR решает задачи автоматического выявления типов .NET , загрузки этих типов и управление ними. Среда CLR осуществляет управление памятью, обслуживание приложения, обработку потоков и реализует многочисленные проверки связанные с безопасностью.

Библиотека базовых классов включает в себя определение разнообразных примитивов, которыми могут быть: потоки, графические API-интерфейсы, реализация баз данных, файловый ввод-вывод и прочее.

3. Какой принцип действия общеязыковой среды выполнения CLR (Common Language Runtime )?

Общеязыковая среда выполнения CLR управляет выполнением кода .NET .

После компиляции программы на C# (или другом языке) создается файл, который содержит особого рода псевдокод или байт-код (а не исполнительный файл, как было раньше). Этот псевдокод называется (MSIL ) или Common Intermediate Language (CIL ). Этот псевдокод есть промежуточным языком Microsoft .

Основное назначение CLR – превратить промежуточный код MSIL в исполнительный код в процессе выполнения программы.

Любая программа, которая скомпилирована в псевдокод MSIL , может быть выполнена в любой среде, которая содержит реализацию CLR . Это обеспечивает переносность программ в среде .NET Framework .

Рис. 1. Процесс преобразования исходного кода в код на языке MSIL (CIL или IL ) и создание файла сборки (*.dll или *.exe )

После этого, псевдокод превращается в исполняемый код. Это осуществляет JIT -компилятор. JIT (Just-in-time ) -компиляция – это компиляция на «лету».

Исполнительная среда CLR отвечает за определение места размещения сборки (assembly).

Запрашиваемый тип, который размещается в сборке (например, класс ArrayList или другой тип), определяется в двоичном файле (*.dll или *.exe ) с помощью считывания метаданных этого файла.

После этого CLR размещает в памяти считанный из сборки тип.

Затем CLR превращает CIL-код в соответствующие инструкции, которые подстраиваются под конкретную платформу (в зависимости от ПК, операционной системы и т.п.). Кроме того, на этом этапе происходят необходимые проверки на предмет безопасности.

Последним происходит выполнение запрашиваемого программного кода.

4. Что такое промежуточный язык MSIL (Microsoft Intermediate Language ) или CIL (Common Intermediate Language )?

Сперва промежуточный язык псевдокода назывался Microsoft Intermediate Language (MSIL ). Позднее (в последних версиях .NET ) это название было изменено на Common Intermediate Language (CIL — общий промежуточный язык). Аббревиатуры MSIL , CIL и IL (Intermediate Language )означают одно и то же.

Промежуточный язык CIL (или MSIL ) формируется после компиляции программы на некотором языке программирования, который поддерживает платформу .NET Framework .

MSIL есть псевдокодом. MSIL определяет набор инструкций, которые:

• могут переноситься на разные платформы;
• не зависят от конкретного процессора.

Фактически, MSIL – это язык переносного ассемблера

5. Что такое сборка (assembly) с точки зрения технологии .NET ?

Сборки – это файлы с расширениями *.dll или *.exe , которые содержат независимые от платформы .NET инструкции на промежуточном языке (Intermediate Language – IL ), а также метаданные типов.

Сборка создается с помощью .NET компилятора. Сборка – это большой двоичный объект.

Сборка предназначена для сохранения пространств имен (namespaces ). Пространства имен содержат типы. Типами могут быть классы, делегаты, интерфейсы, перечисления, структуры.

Сборка может содержать любое количество пространств имен. Любое пространство имен может содержать любое количество типов (классов, интерфейсов, структур, перечислений, делегатов).

6. Что размещается в сборках?

В сборках размещается CIL -код (MSIL -код или IL -код) и метаданные.

CIL -код компилируется под конкретную платформу только тогда, если происходит обращение к нему из исполняющей среды .NET .

Метаданные детально описывают особенности каждого типа, который есть внутри данной двоичной .NET единицы.

Например , при создании приложения типа Windows Forms Application в C# создается файл Assembly.info . Этот файл размещается в подпапке Properties относительно основной папки программы. В этом файле указывается общая информация о сборке.

7. Что такое манифест (manifest )?

Манифест – это описание самой сборки с помощью метаданных.

В манифесте размещается информация:

• о текущей версии сборки;
• сведения о культуре (локализация строчных и графических ресурсов);
• перечень ссылок на все внешние сборки, которые нужны для правильного функционирования.

8. Схема взаимодействия между исходным кодом, компилятором .NET и механизмом выполнения .NET .

Программист создает исходный код приложения на языке, который поддерживает технологию .NET (языке C# , C++/CLI , Visual Basic .NET и т.д.). Приложение создается в некоторой среде программирования, например Microsoft Visual Studio . Компилятор формирует сборку – файл, который содержит CIL -инструкции, метаданные и манифест.

После запуска на выполнение этого приложения на некотором компьютере (некоторой платформе), в работу запускается механизм выполнения.NET . Предварительно, на компьютере должна быть установлена одна из версий (как минимум) .NET Framework .

Если в исходном коде используются библиотеки базовых классов (например из сборки mscorlib.dll ), то они загружаются с помощью загрузчика классов.

JIT -компилятор осуществляет компиляцию сборки с учетом (привязкой) аппаратных и программных особенностей компьютера, на котором происходит запуск приложения.

После этого приложение выполняется.

Рисунок 2. Связь между исходным кодом, компилятором и механизмом выполнения .NET

9. Какие существуют виды сборок?

Существует два вида сборок:

• однофайловые сборки;
• многофайловые сборки.

Сборка, которая состоит из одного единого модуля (*.dll или *.exe ) называется однофайловой. В однофайловых сборках все необходимые CIL -инструкции, метаданные и манифесты размещаются в одном, четко определенном пакете.

Сборка, которая состоит из многих файлов двоичного кода .NET , называется многофайловой. Каждый из этих файлов называется модулем.

В многофайловой сборке один из модулей есть главным (primary ).

10. В каком файле размещается главная сборка библиотеки MS Visual Studio?

Главная сборка размещается в файле “mscorlib.dll ”.

11. Что такое общая система типов CTS ?

CTS (Common Type System ) – система типов, которая содержит полное описание всех возможных типов данных и программных конструкций, которые поддерживаются общеязыковой исполнительной средой CLR . Также здесь описывается то, как эти сущности могут взаимодействовать между собою.

Типами могут быть классы, интерфейсы, структуры, перечисления, делегаты.

12. Какое назначение общеязыковой спецификации CLS?

Как известно, не все языки программирования, которые являются совместимыми с .NET , могут поддерживать функциональные возможности системы типов CTS . Для этого используется общеязыковая спецификация CLS (Common Language Specification ).

Задачей CLS есть описание только того подмножества общих типов и программных конструкций, которые воспринимаются абсолютно всеми языками программирования, которые поддерживают .NET .

13. Какие языки программирования поддерживают технологию .NET ?

В системе разработки приложений MS Visual Studio технологию .NET поддерживают следующие языки программирования: C# , Visual Basic .NET , C++/CLI , JScript .NET , F# , J# .

Для того, чтобы можно было использовать технологию .NET нужно установить на компьютере программное обеспечение Microsoft .NET Framework Software Development Kit (SDK ) или Microsoft Visual Studio любой версии.

14. Что такое пространство имен (namespace )?

Пространство имен предназначено для объединения группы типов, которые связаны между собою с семантической точки зрения. Типы размещаются в сборках (assembly ). Под типами понимаются классы, делегаты, интерфейсы, структуры, перечисления.

Примеры названий пространств имен:

Например, в пространстве имен System.Data размещаются основные типы для работы с базами данных, в пространстве имен System.Collections размещаются основные типы для работы с коллекциями.

15. Как вывести содержимое сборок, пространств имен и типов в MS Visual Studio ?

В системе Microsoft Visual Studio есть утилита Object Browser , которая вызывается с меню View (рисунок 3).

Рис. 3. Вызов утилиты Object Browser

В результате откроется окно Object Browser , в котором будут отображаться сборки, которые используются в определенной технологии.

На рисунке 4 отображен список сборок, которые отображаются в технологии “.NET Framework 4 ”. Выделена сборка с именем “mscorlib ”.

Рис. 4. Окно Object Browser с выделенной сборкой mscorlib.dll

Если раскрыть содержимое сборки mscorlib (знак “+ ”), то будет отображен список всех пространств имен данной сборки (рисунок 5). Как видно из рисунка, сборка включает пространства имен Microsoft.Win32 , System , System.Collections , System.Collections.Concurrent и много других.

Рис. 5. Сборка mscorlib и список пространств имен, которые входят в нее

Аналогично раскрывается любое из пространств имен. В пространствах имен описываются типы. В типах описываются методы, свойства, константы и т.п.

На рисунке 6 изображен класс BinaryReader из пространства имен System.IO . По всей видимости, в классе реализованы методы с именами BinaryReader() , Close() , Dispose() , FillBuffer() и прочие.

Рис. 6. Содержимое класса BinaryReader

16. Как подключить пространство имен в программе на C# ?

Для подключения пространства имен используется ключевое слово using

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:

1. Четыре официальных языка: С#, VB.NET, Managed C++ и JScript .NET.
2. Общеязыковую объектно-ориентированную среду выполнения CLR (Common Language Runtime), совместно используемую этими языками для создания приложений.
3. Ряд связанных между собой библиотек классов под общим именем FCL (Framework Class Library ).

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:

1. двухшаговая компиляция: преобразование программы, написанной на одном из языков программирования в управляемый код на промежуточном языке ( Microsoft Intermediate Language , MSIL , или просто IL), а затем преобразование IL-кода в машинный код конкретного процессора, который выполняется с помощью виртуальной машины или JIT-компилятора (Just In Time compiler - компилирование точно к нужному моменту);
2. управление кодом: загрузка и выполнение уже готового IL-кода с помощью JIT-компилятора;
3. осуществление доступа к метаданным с целью проверки безопасности кода ;
4. управление памятью при размещении объектов с помощью сборщика мусора ( Garbage Collector );
5. обработка исключений и исключительных ситуаций, включая межъязыковые исключения;
6. осуществление взаимодействия между управляемым кодом (код, созданный для СLR) и неуправляемым кодом;
7. поддержка сервисов для разработки разнотипных приложений.

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:

1. Консольные приложения позволяют выполнять вывод на "консоль", то есть в окно командного процессора.
2. Windows-приложения, использующие элементы интерфейса Windows, включая формы, кнопки, флажки и т.д.
3. Web-приложения представляют собой web-страницы, которые могут просматриваться любым web-браузером.
4. Web-сервисы представляют собой распределенные приложения, которые позволяют обмениваться по Интернету практически любыми данными с использованием единого синтаксиса независимо от того, какой язык программирования применялся при создании web-службы и на какой системе она размещена.

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:

1. VS автоматически выполняет все шаги, необходимые для компиляции исходного кода.
2. Текстовый редактор VS настроен для работы с теми языками, которые поддерживаются VS, например С#, поэтому он может интеллектуально обнаруживать ошибки и подсказывать в процессе ввода, какой именно код необходим.
3. В состав VS входят программы, позволяющие создавать Windows- и Web-приложения путем простого перетаскивания мышью элементов пользовательского интерфейса.
4. Многие типы проектов, создание которых возможно на С#, могут разрабатываться на основе "каркасного" кода, заранее включаемого в программу. Вместо того чтобы каждый раз начинать с нуля, VS позволяет использовать уже имеющиеся файлы с исходным кодом, что уменьшает временные затраты на создание проекта.

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).

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 View - Solution Explorer . В этом окне перечислены все ресурсы, входящие в проект:

1. AssemblyInfo.cs – информация о сборке .

   Компилятор в качестве результата своего выполнения создает так называемую сборку – файл с расширением exe или dll, который содержит IL-код и метаданные.

2. System , System.Data , System.Xml – ссылки на стандартные библиотеки.
3. Program.cs - текст программы на языке C#.

Замечание . В других версиях VS сюда же включается файл с расширением ico, отвечающий за вид ярлыка приложения.

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:

1. Hello.sln – основной файл, отвечающий за весь проект. Если необходимо открыть проект для редактирования, то нужно выбрать именно этот файл. Остальные файлы откроются автоматически.
2. Program.cs – файл, в котором содержится исходный код - код, написанный на языке С#. Именно с этим файлом мы и будем непосредственно работать.
3. Hello.exe – файл, в котором содержатся сгенерированный IL-код и метаданные проекта. Другими словами, этот файл и есть готовое приложение, которое может выполняться на любом компьютере, на котором установлена платформа.Net.

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 () .

Замечание .Технически возможно иметь несколько методов Main() в одной программе, в этом случае потребуется с помощью параметра командной строки сообщить компилятору С#, какой именно метод Main() является точкой входа в программу.

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:

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 .

Задание . Измените текст кода так, чтобы на экран выводилось сообщение: Ура!!!Сегодня информатика!! !