Справочник по C# Герберт Шилдт ббк 32. 973. 26018 75 Ш57 удк 681 07 Издательский дом "Вильямс" Зав редакцией
 Скачать 5.05 Mb.
|
|
Глава 19. Пространство имен System 502 Члены пространства имен System 503 Класс Math 504 Структуры типов значений 509 Структуры целочисленных типов 510 Структуры типов данных с плавающей точкой 511 Содержание 13 Структура Decimal 514 Структура Char 518 Структура Boolean 523 Класс Array 523 Сортировка массивов и поиск заданного элемента 524 Реверсирование массива 526 Копирование массивов 527 Класс BitConverter 532 Генерирование случайных чисел с помощью класса Random 534 Управление памятью и класс GC 536 Класс Object 537 Интерфейс IComparable 537 Интерфейс IConvertible 538 Интерфейс ICloneable 538 Интерфейсы IFormatProvider и IFormattable 540 Глава 20. Строки и форматирование 541 Строки в C# 542 Класс String 542 Конструкторы класса String 543 Поле, индексатор и свойство класса String 543 Операторы класса String 544 Методы класса String 544 Сравнение строк 544 Конкатенация строк 547 Поиск строки 549 Разбиение и сборка строк 552 Удаление символов и дополнение ими строк 555 Вставка, удаление и замена 556 Изменение “регистра” 557 Использование метода Substring() 558 Форматирование 558 Общее представление о форматировании 559 Спецификаторы формата для числовых данных 560 Использование методов String.Format() и ToString() для форматирования данных 561 Использование метода String.Format() для форматирования значений 562 Использование метода ToString() для форматирования данных 564 Создание пользовательского числового формата 565 Использование символов-заполнителей 565 Форматирование даты и времени 569 Создание пользовательского формата даты и времени 571 Форматирование перечислений 573 Глава 21. Многопоточное программирование 575 Основы многопоточности 576 Класс Thread 577 Создание потока 577 А если немного усовершенствовать 580 Создание нескольких потоков 581 Как определить, завершено ли выполнение потока 583 Свойство IsBackground 585 Приоритеты потоков 586 Синхронизация 588 Альтернативное решение 592 14 Содержание Блокирование статического метода 593 Класс Monitor и инструкция lock 594 Взаимодействие потоков с помощью методов Wait(), Pulse() и PulseAll() 594 Пример использования методов Wait() и Pulse() 595 Взаимоблокировка 598 Использование атрибута MethodImplAttribute 599 Приостановка, возобновление и завершение выполнения потоков 601 Альтернативный формат использования метода Abort() 603 Отмена действия метода Abort() 604 Определение состояния потока 606 Использование основного потока 606 Совет по созданию многопоточных программ 608 Запуск отдельной задачи 608 Глава 22. Работа с коллекциями 610 Обзор коллекций 611 Интерфейсы коллекций 612 Интерфейс ICollection 612 Интерфейс IList 613 Интерфейс IDictionary 614 Интерфейсы IEnumerable, IEnumerator и IDictionaryEnumerator 615 Интерфейс IComparer 615 Интерфейс IHashCodeProvider 616 Структура DictionaryEntry 616 Классы коллекций общего назначения 616 Класс ArrayList 617 Сортировка ArrayList-массивов и выполнение поиска 621 Создание обычного массива из динамического 622 Класс Hashtable 623 Класс SortedList 625 Класс Stack 629 Класс Queue 631 Хранение битов с помощью класса BitArray 633 Специализированные коллекции 636 Доступ к коллекциям с помощью нумератора 636 Использование нумератора 637 Использование интерфейса IDictionaryEnumerator 638 Хранение в коллекциях классов, определенных пользователем 639 Реализация интерфейса IComparable 641 Использование интерфейса IComparer 642 Резюме 644 Глава 23. Сетевые возможности и использование Internet 645 Члены пространства имен System.Net 646 Универсальные идентификаторы ресурсов 647 Основы Internet-доступа 647 Класс WebRequest 648 Класс WebResponse 650 Классы HttpWebRequest и HttpWebResponse 650 Первый простой пример 650 Обработка сетевых ошибок 653 Исключения, генерируемые методом Create() 653 Исключения, генерируемые методом GetResponse() 654 Содержание 15 Исключения, генерируемые методом GetResponseStream() 654 Обработка исключений 654 Класс URI 656 Доступ к дополнительной HTTP-информации 657 Доступ к заголовку 658 Доступ к cookie-данным 659 Использование свойства LastModified 660 Учебный проект: программа MiniCrawler 661 Использование класса WebClient 665 Часть III. Применение языка C# 669 Глава 24. Создание компонентов 670 Что представляет собой компонент 671 Компонентная модель 671 Что представляет собой C#-компонент 672 Контейнеры и узлы 672 Сравнение C#- и COM-компонентов 672 Интерфейс IComponent 673 Класс Component 673 Простой компонент 674 Компиляция компонента CipherLib 675 Клиент, использующий компонент CipherComp 676 Переопределение метода Dispose() 677 Демонстрация использования метода Dispose(bool) 678 Защита освобожденного компонента от использования 683 Использование инструкции using 684 Контейнеры 685 Использование контейнера 686 Компоненты — это будущее программирования 688 Глава 25. Создание Windows-приложений 689 Краткий экскурс в историю Windows-программирования 690 Два способа создания Windows-приложений, основанных на применении окон 691 Как Windows взаимодействует с пользователем 691 Windows-формы 692 Класс Form 692 Схематичная Windows-программа, основанная на применении окон 692 Компиляция первой Windows-программы 694 Компиляция из командной строки 694 Компиляция в интегрированной среде разработки (IDE) 695 Создание кнопки 695 Немного теории 696 Как поместить кнопку на форму 696 Простой пример с кнопкой 696 Обработка сообщений 697 Альтернативная реализация 699 Использование окна сообщений 700 Создание меню 702 Что дальше 706 Глава 26. Синтаксический анализ методом рекурсивного спуска 707 Выражения 708 Анализ выражений: постановка задачи 709 16 Содержание Анализ выражения 710 Разбор выражения 711 Простой анализатор выражений 713 Осмысление механизма анализа 719 Добавление в анализатор переменных 720 Синтаксический контроль в рекурсивном нисходящем анализаторе 728 Что еще можно сделать 728 Часть IV. Приложения 731 Приложение А. Краткий обзор языка комментариев XML 732 Теги языка комментариев XML 733 Компиляция XML-документа 734 Пример XML-документа 734 Приложение Б. C# и робототехника 737 Предметный указатель 740 Об авторе Герберт Шилдт (Herbert Schildt) — всемирно известный автор книг по программированию и крупный специалист в области таких языков, как С, C++, Java и C#. Продано свыше 3 миллионов экземпляров его книг. Они переведены на множество языков. Шилдт — автор таких бестселлеров, как Полный справочник по С, Полный справочник по C++, C++: A Beginner's Guide, C++ from the Ground Up, Java 2: A Beginner's Guide и Windows 2000 Programming from the Ground Up. Шилдт — обладатель степени магистра в области вычислительной техники (университет шт. Иллинойс). Телефон его консультационного отдела: (217) 586-4683. 18 Введение Введение Программисты — такие люди, которым всегда чего-то не хватает: мы без конца ищем способы повышения быстродействия программ, их эффективности и переносимости. Зачастую мы требуем слишком многого от инструментов, с которыми работаем, особенно, когда это касается языков программирования. Хотя таких языков существует великое множество, но только некоторые из них по-настоящему сильны. Эффективность языка заключается в его мощности и одновременно — в гибкости. Синтаксис языка должен быть лаконичным, но ясным. Он должен способствовать созданию корректного кода и предоставлять реальные возможности, а не ультрамодные (и, как правило, тупиковые) решения. Наконец, мощный язык должен иметь одно нематериальное качество: вызывать ощущение гармонии. Как раз таким языком программирования и является C#. Созданный компанией Microsoft для поддержки среды .NET Framework, язык C# опирается на богатое наследие в области программирования. Его главным архитектором был ведущий специалист в этой области — Андерс Хейлсберг (Anders Hejlsberg). C# — прямой потомок двух самых успешных в мире компьютерных языков: C и C++. От C он унаследовал синтаксис, ключевые слова и операторы. Он позволяет построить и усовершенствовать объектную модель, определенную в C++. Кроме того, C# близко связан с другим очень успешным языком: Java. Имея общее происхождение, но различаясь во многих важных аспектах, C# и Java — это скорее “двоюродные братья”. Например, они оба поддерживают программирование распределенных систем и оба используют промежуточный код для достижения переносимости, но различаются при этом в деталях реализации. Опираясь на мощный фундамент, который составляют унаследованные характеристики, C# содержит ряд важных новшеств, поднимающих искусство программирования на новую ступень. Например, в состав элементов языка C# включены такие понятия, как делегаты (представители), свойства, индексаторы и события. Добавлен также синтаксис, который поддерживает атрибуты; упрошено создание компонентов за счет исключения проблем, связанных с COM (Component Object Model — модель компонентных объектов Microsoft — стандартный механизм, включающий интерфейсы, с помощью которых объекты предоставляют свои службы другим объектам). И еще. Подобно Java язык C# предлагает средства динамического обнаружения ошибок, обеспечения безопасности и управляемого выполнения программ. Но, в отличие от Java, C# дает программистам доступ к указателям. Таким образом, C# сочетает первозданную мощь C++ с типовой безопасностью Java, которая обеспечивается наличием механизма контроля типов (type checking) и корректным использованием шаблонных классов (template class). Более того, язык C# отличается тем, что компромисс между мощью и надежностью тщательно сбалансирован и практически прозрачен (не заметен для пользователя или программы). На протяжении всей истории развития вычислительной техники эволюция языков программирования означала изменение вычислительной среды, способа мышления программистов и самого подхода к программированию. Язык C# не является исключением. В непрекращающемся процессе усовершенствования, адаптации и внедрения нововведений C# в настоящее время находится на переднем крае. Это — язык, игнорировать существование которого не может ни один профессиональный программист. Введение 19 Структура книги При изложении материала о языке C# труднее всего заставить себя поставить точку. Сам по себе язык C# очень большой, а библиотека классов C# еще больше. Чтобы облегчить читателю овладение таким огромным объемом материала, книга была разделена на три части. Часть I, Язык C#. Часть II, Библиотека языка C#. Часть III, Применение языка C#. Часть I содержит исчерпывающее описание языка C#. Это самая большая часть книги, в которой описаны ключевые слова, синтаксис и средства программирования, определенные в самом языке, а также организация ввода-вывода данных, обработка файлов и директивы препроцессора. В части II исследуются возможности библиотеки классов C#. Одной из ее составляющих является библиотека классов среды .NET Framework. Она просто поражает своими размерами. Поскольку ограниченный объем книги не позволяет охватить библиотеку классов среды .NET Framework полностью, в части II акцент делается на корневой библиотеке, относящейся к пространству имен System . Именно эта часть библиотеки особым образом связана с C#. Кроме того, здесь описаны коллекции, организация многопоточной обработки и сетевые возможности. Эти разделы библиотеки будет использовать практически каждый, кто программирует на C#. Часть III содержит примеры применения C#. В главе 24 продемонстрировано создание программных компонентов, а в главе 25 описано создание Windows-приложений с использованием библиотеки Windows Forms. В главе 26 показан процесс разработки программы синтаксического анализа числовых выражений методом рекурсивного спуска (recursive descent parser), Книга для всех программистов Для работы с этой книгой опыта в области программирования не требуется. Если же вы знакомы с C++ или Java, то с освоением C# у вас не будет проблем, поскольку у C# много общего с этими языками. Если вы не считаете себя опытным программистом, книга поможет изучить C#, но для этого придется тщательно разобраться в примерах, приведенных в каждой главе. Программное обеспечение Чтобы скомпилировать и выполнить программы из этой книги, необходимо установить на своем компьютере пакет Visual Studio .Net 7 (или более позднюю версию), а также оболочку .NET Framework. Программный код - из Web-пространства Исходный код всех программ, приведенных в книге, можно загрузить с Web-сайта с адресом: www.osborne.com. 20 Введение Что еще почитать Книга Полный справочник по C# — это “ключ” к серии книг по программированию, написанных Гербертом Шилдтом. Ниже перечислены те из них, которые могут представлять для вас интерес. Новичкам в программировании на C# стоит обратиться к книге ■ C#: A Beginner's Guide. Тем, кто желает подробнее изучить язык C++, будут интересны следующие книги: ■ C++: A Beginner's Guide ■ Полный справочник по C++ ■ Teach Yourself C++ ■ C++ from the Ground Up ■ STL Programming from the Ground Up ■ The C/C++ Programming Annotated Archives Тем, кто интересуется программированием на языке Java, мы рекомендуем такие книги: Java 2: A Beginner's Guide Полный справочник по Java Java 2: Programmer's Reference Если вы интересуетесь языком С, который является фундаментом всех современных языков программирования, обратитесь к книгам ■ Полный справочник по С ■ Teach Yourself С От издательства Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик и комментатор. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать нам бумажное или электронное письмо, либо просто посетить наш Web-сервер и оставить свои замечания там. Одним словом, любым удобным для вас способом дайте нам знать, нравится или нет вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более интересными для вас. Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш обратный адрес. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг. Наши координаты: WWW info@williamspublishing.com http://www.williamspublishing.com Информация для писем из: России 115419, Москва, а/я 783 Украины 03150, Киев, а/я 152 Полный справочник по Часть I Язык C# В части I описаны элементы языка C#. ключевые слова, синтаксис и операторы. Кроме того, здесь рассмотрены основные инструменты программирования C# (например, способы организации ввода-вывода и средства получения информации о типе), которые тесно связаны с языком C#. Полный справочник по Глава 1 Создание языка C# Глава 1. Создание языка C# 23 зык C# — это очередная ступень бесконечной эволюции языков программирования. Его создание вызвано процессом усовершенствования и адаптации, который определял разработку компьютерных языков в течение последних лет. Подобно всем успешным языкам, которые увидели свет раньше, C# опирается на прошлые достижения постоянно развивающегося искусства программирования. В языке C# (созданном компанией Microsoft для поддержки среды .NET Framework) проверенные временем средства усовершенствованы с помощью самых современных технологий. C# предоставляет очень удобный и эффективный способ написания программ для современной среды вычислительной обработки данных, которая включает операционную систему Windows, Internet, компоненты и пр. В процессе становления язык C# переопределил весь “ландшафт” программирования. Назначение этой главы — рассмотреть C# в исторической среде, исследовать мотивы его создания и конструктивные особенности, а также степень влияния на него других языков программирования. Описана связь C# со средой .NET Framework. Генеалогическое дерево C# Компьютерные языки существуют не в вакууме. Они связаны друг с другом, причем на каждый новый язык в той или иной форме влияют его предшественники. В процессе такого “перекрестного опыления” средства из одного языка адаптируются другим, удачная новинка интегрируется в существующий контекст, а отжившая конструкция отбрасывается за ненадобностью. Примерно так и происходит эволюция компьютерных языков и развитие искусства программирования. Не избежал подобной участи и C#. Языку C# “досталось” богатое наследство. Он — прямой потомок двух самых успешных языков программирования (C и C++) и тесно связан с не менее успешным языком Java. Понимание природы этих взаимосвязей крайне важно для понимания C#. Поэтому знакомство с C# мы начнем с рассмотрения исторической среды этих трех языков. Язык С, или начало современной эпохи программирования Начало современной эпохи программирования отмечено созданием языка С. Он был разработан Дэнисом Ритчи (Dennis Ritchie) в 1970-х годах для компьютера PDP-11 компании DEC (Digital Equipment Corporation), в котором использовалась операционная система UNIX. Несмотря на то что некоторые известные языки программирования, в особенности Pascal, достигли к тому времени значительного развития и признания, именно язык C определил направление сегодняшнего программирования. Язык C вырос из кризиса программного обеспечения 1960-х годов и революционного перехода к структурному программированию. До структурного программирования многие программисты испытывали трудности при написании больших программ, поскольку обозначилась тенденция вырождения программной логики и появления так называемого “спагетти-кода” (spaghetti code) с большим размером процедур и интенсивным использованием оператора перехода goto . Такие программы были весьма трудны для изучения и модификаций. В структурных языках программирования эта проблема решалась посредством добавления точно определенных управляющих конструкций, вызова подпрограмм с локальными переменными и других усовершенствований. Структурные языки позволили писать довольно большие программы в приемлемые сроки. Я 24 Часть I. Язык C# Хотя в то время уже существовали другие структурные языки, C был первым языком, в котором удачно сочетались мощь, элегантность, гибкость и выразительность. Его лаконичный и к тому же простой в применении синтаксис в совокупности с философией, подразумевающей возложение ответственности на программиста (а не на язык), быстро завоевал множество сторонников. С точки зрения сегодняшнего дня, этот язык, возможно, несколько трудноват для понимания, но программистам того времени он показался порывом свежего ветра, которого они так долго ждали. В результате С стал самым популярным структурным языком программирования 1980-х годов. Но многоуважаемый язык C имел ограничения. Одним из его недостатков была невозможность справиться с большими программами. Если проект достигал определенного размера, то дальнейшая его поддержка и развитие были связаны с определенными трудностями. Местоположение этой “точки насыщения” зависело от конкретной программы, программиста и используемых им средств, но вероятность ее достижения очень возрастала, когда количество строк в программе приближалось к 5 000. Создание ООП и C++ К концу 1970-х размер проектов стал приближаться к критическому, при превышении которого методика структурного программирования и язык C “опускали руки”. Поэтому стали появляться новые подходы к программированию, позволяющие решить эту проблему. Один из них получил название объектно-ориентированного программирования (ООП). Используя ООП, программист мог справляться с программами гораздо большего размера, чем прежде. Но вся беда состояла в том, что C, самый популярный на то время язык, не поддерживал ООП. Желание работать с объектно-ориентированной версией языка C в конце концов и привело к созданию C++. Язык C++ был разработан Бьярни Страуструпом (Bjarne Stroustrup) в компании Bell Laboratories (Муррей Хил, Нью-Джерси), и годом создания считается 1979-й. Первоначально создатель нового языка назвал его “C с классами”, но в 1983 году это имя было изменено на C++. C++ полностью включает элементы языка С. Таким образом, C можно считать фундаментом, на котором построен C++. Большинство дополнений, которые Страуструп внес в С, были предназначены для поддержки объектно-ориентированного программирования. По сути, C++ — это объектно-ориентированная версия языка C. Возводя “здание” C++ на фундаменте С, Страуструп обеспечил плавный переход многих программистов на “рельсы” ООП. Вместо необходимости изучать совершенно новый язык, С-программисту достаточно было освоить лишь новые средства, позволяющие использовать преимущества объектно-ориентированной методики. На протяжении 1980-х годов C++ интенсивно развивался и к началу 1990-х уже был готов для широкого использования. Рост его популярности носил взрывоподобный характер, и к концу этого десятилетия он стал самым широко используемым языком программирования. В наши дни язык C++ по-прежнему имеет неоспоримое превосходство при разработке высокопроизводительных программ системного уровня. Важно понимать, что создание C++ не было попыткой изобрести совершенно новый язык программирования. Это было своего рода усовершенствование и без того очень успешного языка. Такой подход к разработке языков (взять за основу существующий язык и поднять его на новую ступень развития) дал начало тенденции, которая продолжает жить и сегодня. Глава 1. Создание языка C# 25 Internet и появление языка Java Следующей ступенью на лестнице прогресса языков программирования стал язык Java, который первоначально назывался Oak (в переводе с англ. “дуб”). Работа над его созданием началась в 1991 году в компании Sun Microsystems. Основной движущей силой разработки Java был Джеймс Гослинг (James Gosling). В его рабочую группу входили Патрик Нотон (Patrick Naughton), Крис Уортс (Chris Warth), Эд Фрэнк (Ed Frank) и Майк Шеридан (Mike Sheridan). Java — это структурный объектно-ориентированный язык программирования, синтаксис и основополагающие принципы которого “родом” из C++. Своими новаторскими аспектами Java обязан не столько прогрессу в искусстве программирования (хотя и это имело место), сколько изменениям в компьютерной среде. Еще до наступления эры Internet большинство программ писалось, компилировалось и предназначалось для выполнения с использованием определенного процессора и под управлением конкретной операционной системы. Несмотря на то что программисты всегда старались делать свои программы так, чтобы их можно было применять неоднократно, возможность легко переносить программу из одной среды в другую не была еще достигнута, к тому же проблема переносимости постоянно отодвигалась, решались же более насущные проблемы. Однако с появлением всемирной сети Internet, в которой оказались связанными различные типы процессоров и операционных систем, старая проблема переносимости заявила о себе уже в полный голос. Для ее решения понадобился новый язык программирования, и им стал Java, Интересно отметить, что, хотя единственным наиболее важным аспектом Java (и причиной быстрого признания) является возможность создавать на нем межплатформенный (совместимый с несколькими операционными средами) переносимый программный код, исходным импульсом для возникновения Java стала не сеть Internet, а настоятельная потребность в не зависящем от платформы языке, который можно было бы использовать в процессе создания программного обеспечения для встроенных контроллеров. В 1993 году стало очевидным, что проблемы межплатформенной переносимости, четко проявившиеся при создании кода для встроенных контроллеров, также оказались весьма актуальными при попытке написать код для Internet. Ведь Internet — это безбрежная компьютерная среда, в которой “обитает” множество компьютеров различных типов. И оказалось, что одни и те же методы решения проблемы переносимости в малых масштабах можно успешно применить и к гораздо большим, т.е. в Internet. В Java переносимость достигается посредством преобразования исходного кода программы в промежуточный код, именуемый байт-кодом (bytecode), т.е. машинно- независимый код, генерируемый Java-компилятором. Байт-код выполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine — JVM) — специальной операционной системой. Следовательно, Java-программа могла бы работать в любой среде, где доступна JVM. А поскольку JVM относительно проста для реализации, она быстро стала доступной для большого количества сред. Использование Java-программами байт-кода радикально отличало их от С- и C++- программ, которые почти всегда компилировались для получения исполняемого машинного кода. Машинный код связан с конкретным процессором и операционной системой. Поэтому, если С/C++-программу нужно выполнить в другой системе, ее необходимо перекомпилировать в машинный код, соответствующий этой среде. Следовательно, чтобы создать С/C++-программу, предназначенную для выполнения в различных средах, необходимо иметь несколько различных исполняемых (машинных) версий этой программы. Это было непрактично и дорого. И наоборот, использование для выполнения Java-программ промежуточного языка было элегантным и рентабельным решением. Именно это решение было адаптировано для языка C#. 26 Часть I. Язык C# Как уже упоминалось, Java — потомок C и C++. Его синтаксис основан на синтаксисе С, а объектная модель — продукт эволюции объектной модели C++. Хотя Java-код несовместим с C или C++ ни снизу вверх, ни сверху вниз, его синтаксис так похож на синтаксис языка С, что толпы C/C++-программистов могли с минимальными усилиями переходить к программированию на Java. Более того, поскольку язык Java строился на существующей парадигме (и усовершенствовал ее), Джеймсу Гослингу ничто не мешало сосредоточить внимание на новых возможностях этого языка. Подобно тому как Страуструпу не нужно было “изобретать колесо” при создании C++, так и Гослингу при разработке Java не было необходимости создавать совершенно новый язык программирования. Более того, создание Java показало, что языки C и C++ — прекрасный “субстрат” для “выращивания” новых компьютерных языков. Создание C# Разработчики Java успешно решили многие проблемы, связанные с переносимостью в среде Internet, но далеко не все. Одна из них — межъязыковая возможность взаимодействия (cross-language interoperability) программных и аппаратных изделий разных поставщиков, или многоязыковое программирование (mixed-language programming). В случае решения этой проблемы программы, написанные на разных языках, могли бы успешно работать одна с другой. Такое взаимодействие необходимо для создания больших систем с распределенным программным обеспечением (ПО), а также для программирования компонентов ПО, поскольку самым ценным является компонент, который можно использовать в широком диапазоне компьютерных языков и операционных сред. Кроме того, в Java не достигнута полная интеграция с платформой Windows. Хотя Java-программы могут выполняться в среде Windows (при условии установки виртуальной машины Java), Java и Windows не являются прочно связанными средами. А поскольку Windows — это наиболее широко используемая операционная система в мире, то отсутствие прямой поддержки Windows — серьезный недостаток Java. Чтобы удовлетворить эти потребности, Microsoft разработала язык C#, C# был создан в конце 1990-х годов и стал частью обшей .NET-стратегии Microsoft. Впервые он увидел свет в качестве α-версии в середине 2000 года. Главным архитектором C# был Андерс Хейлсберг (Anders Hejlsberg) — один из ведущих специалистов в области языков программирования, получивший признание во всем мире. Достаточно сказать, что в 1980-х он был автором весьма успешного продукта Turbo Pascal, изящная реализация которого установила стандарт для всех будущих компиляторов. C# непосредственно связан с C, C++ и Java. И это не случайно. Эти три языка — самые популярные и самые любимые языки программирования в мире. Более того, почти все профессиональные программисты сегодня знают C и C++, и большинство знает Java. Поскольку C# построен на прочном, понятном фундаменте, то переход от этих “фундаментальных” языков к “надстройке” происходит без особых усилий со стороны программистов. Так как Андерс Хейлсберг не собирался изобретать свое “колесо”, он сосредоточился на введении усовершенствований и новшеств. Генеалогическое дерево C# показано на рис. 1.1. “Дедушкой” C# является язык С. От C язык C# унаследовал синтаксис, многие ключевые слова и операторы. Кроме того, C# построен на улучшенной объектной модели, определенной в C++. Если вы знаете C или C++, то с C# вы сразу станете друзьями. C# и Java связаны между собой несколько сложнее. Как упоминалось выше, Java также является потомком C и C++. У него тоже общий с ними синтаксис и сходная объектная модель. Подобно Java C# предназначен для создания переносимого кода. Однако C# — не потомок Java. Скорее C# и Java можно считать двоюродными братьями, имеющими общих предков, но получившими от родителей разные наборы Глава 1. Создание языка C# 27 “генов”. Если вы знаете язык Java, то вам будут знакомы многие понятия C#. И наоборот, если в будущем вам придется изучать Java, то, познакомившись с C#, вам не придется осваивать многие средства Java. Рис. 1.1. Генеалогическое дерево C# C# содержит множество новых средств, которые описаны в этой книге. Самые важные из них связаны со встроенной поддержкой программных компонентов. Именно наличие встроенных средств написания программных компонентов и позволило C# называться компонентно-ориентированным языком. Например, C# включает средства, которые напрямую поддерживают составные части компонентов: свойства, методы и события. Все же самым важным качеством компонентно-ориентированного языка является его способность работать в среде многоязыкового программирования. Связь C# с оболочкой .NET Framework Несмотря на то что C# — самодостаточный компьютерный язык, у него особые взаимоотношения со средой .NET Framework. И на это есть две причины. Во-первых, C# изначально разработан компанией Microsoft для создания кода, выполняющегося в среде .NET Framework. Во-вторых, в этой среде определены библиотеки, используемые языком C#. И хотя можно отделить C# от .NET Framework, эти две среды тесно связаны, поэтому очень важно иметь общее представление о .NET Framework и понимать, почему эта среда столь важна для C#. О среде .NET Framework Оболочка .NET Framework определяет среду для разработки и выполнения сильно распределенных приложений, основанных на использовании компонентных объектов. Она позволяет “мирно сосуществовать” различным языкам программирования и обеспечивает безопасность, переносимость программ и общую модель программирования для платформы Windows. Важно при этом понимать, что .NET Framework по своему существу не ограничена применением в Windows, т.е. программы, написанные для нее, можно затем переносить в среды, отличные от Windows. Связь среды .NET Framework с C# обусловлена наличием двух очень важных средств. Одно из них, Common Language Runtime (CLR), представляет собой систему, которая управляет выполнением пользовательских программ. CLR — это составная часть .NET Framework, которая делает программы переносимыми, поддерживает многоязыковое программирование и обеспечивает безопасность. Второе средство, библиотека классов .NET-оболочки, предоставляет программам доступ к среде выполнения. Например, если вам нужно выполнить операцию ввода-вывода, скажем, отобразить что-либо на экране, то для этого необходимо использовать .NET- C C++ Java C# 28 Часть I. Язык C# библиотеку классов. Если вы — новичок в программировании, термин класс вам может быть незнаком. Ниже вы найдете подробное объяснение этого понятия, а пока ограничимся кратким его определением: класс — это объектно-ориентированная конструкция, с помощью которой организуются программы. Если программа ограничивается использованием средств, определенных .NET-библиотекой классов, она может выполняться везде (т.е. в любой среде), где поддерживается .NET-система. Поскольку C# автоматически использует .NET-библиотеку классов, C#-программы автоматически переносимы во все .NET-среды. Функционирование системы CLR Система CLR управляет выполнением .NET-кода. Вот как это происходит. В результате компиляции C#-программы получается не исполняемый код, а файл, который содержит специальный псевдокод, именуемый промежуточным языком Microsoft (Microsoft Intermediate Language — MSIL). MSIL определяет набор переносимых инструкций, которые не зависят от типа процессора. По сути, MSIL определяет переносимость ассемблера. И хотя концептуально MSIL подобен байт-коду Java, это не одно и то же. Цель CLR-системы — при выполнении программы перевести ее промежуточный код в исполняемый. Таким образом, программа, подвергнутая MSIL-компиляции, может быть выполнена в любой среде, для которой реализована CLR-система. В этом частично и состоит способность среды .NET Framework добиваться переносимости программ. Код, написанный на промежуточном языке Microsoft, переводится в исполняемый с помощью JIТ-компилятора. “JIT” — сокр. от выражения “just-in-time”, означающего выполнение точно к нужному моменту (так обозначается стратегия принятия решений в самый последний подходящий для этого момент в целях обеспечения их максимальной точности). Этот процесс работает следующим образом. При выполнении .NET-программы CLR-система активизирует JIT-компилятор, который преобразует MSIL-код в ее “родной” код на требуемой основе, поскольку необходимо сохранить каждую часть программы. Таким образом, C#-программа в действительности выполняется в виде “родного” кода, несмотря на то, что первоначально она была скомпилирована в MSIL-код. Это значит, что программа будет выполнена практически так же быстро, как если бы она с самого начала была скомпилирована с получением “родного” кода, но с “добавлением” преимуществ переносимости от преобразования в MSIL-код. В результате компиляции Сопрограммы помимо MSIL-кода образуются и метаданные (metadata). Они описывают данные, используемые программой, и позволяют коду взаимодействовать с другим кодом. Метаданные содержатся в том же файле, где хранится MSIL-код. Сравнение управляемого кода с неуправляемым В общем случае при написании Сопрограммы создается код, называемый управляемым (managed code). Управляемый код выполняется под управлением CLR- системы. У такого выполнения в результате есть как определенные ограничения, так и немалые достоинства. К числу ограничений относится необходимость иметь, во-первых, Глава 1. Создание языка C# 29 специальный компилятор, который должен создавать MSIL-файл, предназначенный для работы под управлением CLR-системы, и, во-вторых, этот компилятор должен использовать библиотеки среды .NET Framework. Достоинства же управляемого кода — современные методы управления памятью, возможность использовать различные языки, улучшенная безопасность, поддержка управления версиями и четкая организация взаимодействия программных компонентов. Что же понимается под неуправляемым кодом? Все Windows-программы до создания среды .NET Framework использовали неуправляемый код, который не выполняется CLR- системой. Управляемый и неуправляемый код могут работать вместе, поэтому факт создания C#-компилятором управляемого кода отнюдь не ограничивает его возможность выполняться совместно с ранее созданными программами. Спецификация универсального языка Несмотря на то что управляемый код обладает достоинствами, предоставляемыми CLR-системой, но если он используется другими программами, написанными на иных языках, то для достижения максимального удобства и простоты использования он должен соответствовать спецификации универсального языка (Common Language Specification — CLS). Эта спецификация описывает набор свойств, которыми одновременно должны обладать различные языки. Соответствие CLS-спецификации особенно важно при создании программных компонентов, которые предназначены для использования программами, написанными на других языках. CLS-спецификация включает подмножество системы поддержки общих типов (Common Type System — CTS). CTS-система определяет правила в отношении типов данных. Безусловно, C# поддерживает как CLS-, так и CTS- спецификации. |