Всем доброго времени суток. На связи Алексей Гулынин. В данной первой статье по C# я бы хотел рассказать о платформе .NET Framework . Язык C# и сама платформа впервые появились в 2002 году. Основной целью их создания было обеспечить более простую, масштабируемую и, главное, более мощную модель программирования, по сравнению с моделью программирования COM. На базе платформы.NET Framework можно строить приложения для семейства операционных систем Windows, также можно строить приложения для Unix, Linux, Mac OS X. Ниже представлен краткий список возможностей, поддерживаемых.NET Framework :
1) Возможность взаимодействия с существующим кодом
. Данная возможность позволяет компилировать, к примеру, двоичные компоненты COM и компоненты.NET.
2) Поддержка различных языков программирования
. Приложения.NET можно создавать с помощью разных языков программирования, к примеру C#, Visual Basic, F#.
3) Общий исполняющий механизм
. Смысл здесь в том, что в.NET существует определенный набор типов, который способен понимать каждый поддерживающий.NET, язык.
4) Языковая интеграция
. Можно написать класс на Visual Basic, а затем расширить его на C#.
5) Большая библиотека базовых классов
. Благодаря данной библиотеке, мы можем забыть о сложностях реализации низкоуровневых обращений к API-интерфейсам и сосредоточиться просто на программировании.
6) Простая модель развертывания
. В отличии от библиотеки COM, .NET не нужно регистрироваться в реестре. Она может существовать в виде сборки.dll.
Возможно здесь я написал о каких-то непонятных вещах, например классы, API-интерфейсы. Заморачиваться пока с этим не стоит. В принципе, программировать можно и без знания всего это, но так, как мы с вами учимся, давайте будем совсем немного разбавлять практику теорией.
Чтобы совсем вас добить теорией расскажу об основных строительных блоках платформы.NET:
1) CLR (Common Language Runtime)
— общеязыковая исполняющая среда. Первостепенной задачей данной среды является загрузка и управления объектами.NET (чтобы программист не делал этого вручную). Кроме этого, CLR заботится о ряде низкоуровневых деталей, например, управление памятью, размещение приложения, выполнение проверок, связанных с безопасностью приложения.
2) CTS (Common Type System)
— общая система типов. Здесь описаны все возможные типы данных, поддерживаемые исполняемой средой (CLR). Нужно знать, что отдельно взятый язык, может не поддерживать абсолютно все средства, определенные спецификацией CTS. Поэтому существует:
3) CLS (Common Language Specification)
. Здесь описано подмножество общих типов и программных конструкций, которые обязательно должны поддерживать всеми языками программирования для платформы.NET Framework.
В дополнение к среде CLR и спецификациям CTS/CLS, платформа.NET предоставляет библиотеку базовых классов , которая доступна всем языкам программирования.NET. Данная библиотека позволяет на высоком уровне (не задумываясь о деталях реализации) управлять, к примеру, файловым вводом-выводом, графикой, различными внешними устройствами, потоками данных, также различными службами.
Писать теорию я не мастер, поэтому скажу, для тех, кто хочет глубже понять философию.NET, я рекомендую прочитать первую главу книги Эндрю Троелсена «Язык программирования C# 5.0 и платформа.NET 4.5, год издания 2013″. Данная краткая информация о платформе.NET взята из этой книги. Проблема, с которой я столкнулся при изучении этой книги, — это сложность изложения материала для новичка. Возможно, вам так не покажется, это только моё мнение.
Ну что, друзья мои, у вас ещё не отпала охота изучать C#? Тогда давайте смело идти дальше, обещаю, что в будущем теоретических статей будет по минимуму (если только в начале изучения C# ), только одна практика. Если нужна теория — "курите" книгу Эндрю Троелсена.
А так, если нужна какая-нибудь информация по классу или его методу, идите сразу на
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#.
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.
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.
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, 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.
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.
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.
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.
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#.
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.
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.
Поскольку.NET Framework – это мощнейшая платформа для разработки приложений, она дает возможность разрабатывать приложения совершенно различного типа.
· настольные приложения (приложения, которые запускаются на локальном компьютере пользователя);
· веб-приложения (приложения, которые работают в рамках веб-сервера и доступны пользователю через браузер в рамках протокола HTTP/HTTPS);
· веб-приложения с богатым пользовательским интерфейсом (приложения, которые доставляются пользователю по протоколу HTTP/HTTPS в рамках браузера и исполняются на клиентской стороне);
· веб-сервисы (программные код, который выполняется на стороне сервера и может быть вызван с клиента для получения каких-либо данных или выполнения операции);
· мобильные приложения (приложения, которые выполняются на мобильных устройствах).
Для каждого из приведенных типов приложений в составе.NET Framework существуют соответствующие технологии, которые позволяют создавать приложения. Кроме того, .NET Framework содержит общие библиотеки, которые можно использовать в разных типах приложениях. К таким библиотекам можно отнести библиотеки:
· для работы со строками;
· для работы с математическими функциями;
· для работы с графикой;
· доступа к данным;
· для работы с файлами и другими операциями ввода-вывода;
· для выполнения криптографических операций;
· для организации синхронизации данных между источниками данных;
· и огромное количество других библиотек.
Давайте обзорно рассмотрим каждый тип приложений. Как уже было отмечено выше, для каждого из типов приложений в составе платформы.NET Framework существуют специальные шаблоны проектов.
Настольные приложения отличаются тем, что запускаются непосредственно на компьютере пользователя. Это – наиболее распространенный тип приложений. Настольные приложения обычно имеют доступ к ресурсам компьютера пользователя, таким какжесткий диск , звуковое оборудование и т.д. К достоинствам такого типа приложений можно отнести интерактивность пользовательского интерфейса и возможность работы приложения вне зависимости от подключения к сети Интернет и другим ресурсам. Однако, для работы таких приложений их необходимо устанавливать на локальный компьютер .
Настольные приложения можно разделить на три вида – оконные приложения, консольные приложения и службы Windows . Оконные приложения обладают графическим интерфейсом. Консольные приложения обычно имеют вид командной строки, аинтерфейс таких приложений является текстовым, а не графическим. Наконец, службы Windows вовсе не имеют пользовательского интерфейса, а работают в фоновом режиме.
Для построения приложений с оконным графическим интерфейсом в рамках платформы.NET Framework могут использоваться технологии Windows Forms (доступно начиная с.NET Framework 1.0) и Windows Presentation Foundation (доступно начиная с.NET Framework 3.0). Последняя технология является более новой и перспективной.
Веб-приложения отличаются от настольных тем, что работают удаленно на веб-сервере. Пользователь использует возможности веб-приложений посредством браузера и протокола HTTP /HTTPS. Преимуществом этого типа приложений является то, что нет никакой необходимости устанавливать их на компьютер каждого пользователя – приложение нужно установить на веб-сервер , после чего оно становится доступным для всех пользователей. Однако, недостатком таких приложений является ограниченные возможности построения пользовательских интерфейсов. Это происходит из-за того, что пользовательский интерфейс строится на основе форматов HTML , CSS и JavaScript, которые являются достаточно ограниченными. Поэтому функциональность пользовательских интерфейсов обычно является достаточно ограниченной.
Поскольку веб-приложения обладают серьезным недостатком – ограниченными возможностями по формированию интерфейса пользователя – появился новый тип приложений, который называется богатые интернет-приложения или интернет-приложения с богатым пользовательским интерфейсом (Rich Internet Applications, RIA) . Идеология этих приложений состоит в том, что в браузер интегрируется специальное дополнение (plugin), которое способно отображать дополнительный тип содержимого . После этого, когда пользователь отрывает страницу в браузере, на сторону клиента передается программный код, который работает в рамках этого дополнения. Поскольку в этом случае весь код отрабатывает на стороне клиента, у разработчиков появляется больше возможностей по формированию пользовательских интерфейсов.
Для построения подобного типа приложений существует несколько технологий. Одна из наиболее известных технологий – это технология Adobe Flash . Кроме того, существует также технология Microsoft Silverlight, которая позволяет наиболее удобно интегрироваться с остальными технологиями в рамках.NET Framework.
Другим типом приложений являются сервисы (или веб-сервисы). Сервисы – это некий программный код, который расположен на сервере и запускается по запросу от пользователя. Например, можно создать набор сервисов по работе с данными из базы данных , хранящейся на сервере. Обычно, другие типы приложений (настольные приложения, веб-приложения и т.д.) обращаются к сервисам с целью выполнить какую-либо операцию на сервере или получить с сервера данные.
В рамках платформы.NET Framework существует ряд технологий, которые позволяют создавать сервисы. Наиболее старой технологией является ASP .NET Web Services. Она позволяет создавать простые веб-сервисы, которые работают по протоколуHTTP /HTTPS. Дальнейшим развитием стала технология Windows Communication Foundation (WCF). Эта платформа является наиболее мощным и гибким инструментом, которая поддерживает различные типы каналов (HTTP , TCP , именованные каналы и др.) и существенно расширяет возможности разработчика по созданию сервисов.
Также существуют дополнительные ответвления проекта WCF – это WCF Syndication Extensions (WCF REST) и ADO .NET Data Services. Эти проекты разработаны для того, чтобы можно было удобно строить сервисы доступа к данным.
Наконец, последним типом приложений являются мобильные приложения . Мобильные приложения работают в рамках мобильных устройств на базе операционной системы Windows Mobile . Для мобильных устройств также существует реализация подмножества возможностей.NET Framework, которая называется.NET Compact Framework.
Таким образом, весь спектр технологий в рамках платформы.NET Framework можно представить следующей схемой.
Платформа.NET Framework - это интегрированный компонент Windows, который поддерживает создание и выполнение нового поколения приложений и веб-служб XML. При разработке платформы.NET Framework учитывались следующие цели.
· Обеспечение согласованной объектно-ориентированной среды программирования для локального сохранения и выполнения объектного кода, для локального выполнения кода, распределенного в Интернете, либо для удаленного выполнения.
· Обеспечение среды выполнения кода, минимизирующей конфликты при развертывании программного обеспечения и управлении версиями.
· Обеспечение среды выполнения кода, гарантирующей безопасное выполнение кода, включая код, созданный неизвестным или не полностью доверенным сторонним изготовителем.
· Обеспечение среды выполнения кода, исключающей проблемы с производительностью сред выполнения сценариев или интерпретируемого кода.
· Обеспечение единых принципов работы разработчиков для разных типов приложений, таких как приложения Windows и веб-приложения.
· Разработка взаимодействия на основе промышленных стандартов, которое обеспечит интеграцию кода платформы.NET Framework с любым другим кодом.
Двумя основными компонентами платформы.NET Framework являются общеязыковая среда выполнения (CLR) и библиотека классов.NET Framework. Основой платформы.NET Framework является среда CLR. Среду выполнения можно считать агентом, который управляет кодом во время выполнения и предоставляет основные службы, такие как управление памятью, управление потоками и удаленное взаимодействие. При этом накладываются условия строгой типизации и другие виды проверки точности кода, обеспечивающие безопасность и надежность. Фактически основной задачей среды выполнения является управление кодом. Код, который обращается к среде выполнения, называют управляемым кодом, а код, который не обращается к среде выполнения, называют неуправляемым кодом. Другой основной компонент платформы.NET Framework, библиотека классов, представляет полную объектно-ориентированную коллекцию типов, которые применяются для разработки приложений, начиная от обычных, запускаемых из командной строки или с графическим интерфейсом пользователя, и заканчивая приложениями, использующими последние технологические возможности ASP.NET, такие как Web Forms и веб-службы XML.
Платформа.NET Framework может размещаться неуправляемыми компонентами, которые загружают среду CLR в собственные процессы и запускают выполнение управляемого кода, создавая таким образом программную среду, позволяющую использовать средства как управляемого, так и неуправляемого выполнения. Платформа.NET Framework не только предоставляет несколько базовых сред выполнения, но также поддерживает разработку базовых сред выполнения независимыми производителями.
For example, ASP.NET hosts the runtime to provide a scalable, server-side environment for managed code. ASP.NET works directly with the runtime to enable ASP.NET applications and XML Web services, both of which are discussed later in this topic.
Internet Explorer is an example of an unmanaged application that hosts the runtime (in the form of a MIME type extension). Using Internet Explorer to host the runtime enables you to embed managed components or Windows Forms controls in HTML documents. Hosting the runtime in this way makes managed mobile code (similar to Microsoft® ActiveX® controls) possible, but with significant improvements that only managed code can offer, such as semi-trusted execution and isolated file storage.
The following illustration shows the relationship of the common language runtime and the class library to your applications and to the overall system. The illustration also shows how managed code operates within a larger architecture.
NET Framework in context
The following sections describe the main components and features of the .NET Framework in greater detail.
Например, ASP.NET размещает среду выполнения и обеспечивает масштабируемую среду для управляемого кода на стороне сервера. ASP.NET работает непосредственно со средой выполнения, чтобы обеспечить выполнение приложений ASP.NET и веб-служб XML, обсуждаемых ниже в этом разделе.
Обозреватель Internet Explorer может служить примером неуправляемого приложения, размещающего среду выполнения (в виде расширений типов MIME). Размещение среды выполнения в обозревателе Internet Explorer позволяет внедрять управляемые компоненты или элементы управления Windows Forms в HTML-документы. Такое размещение среды делает возможным выполнение управляемого мобильного кода (аналогичного элементам управления Microsoft® ActiveX®), но с существенными преимуществами управляемого кода, такими как выполнение в условиях неполного доверия и изолированное хранение файлов.
На следующем рисунке демонстрируется взаимосвязь среды CLR и библиотеки классов с пользовательскими приложениями и всей системой. На рисунке также показано, как управляемый код работает в пределах более широкой архитектуры.
NET Framework в контексте
В следующих разделах приводится более подробное описание основных компонентов и средств платформы.NET Framework.
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.
| Пространство имён | Назначение |
| System | |
| System.Data | Для обращения к базам данных |
| System.Data.Common | |
| System.Data.OleDb | |
| System.Data.SqlClient | |
| System.Collections | Классы для работы с контейнерными объектами |
| System.Diagnostics | Классы для трассировки и отладки кода |
| System.Drawing | Классы графической поддержки |
| System.Drawing.Drawing2D | |
| System.Drawing.Printing | |
| System.IO | Поддержка ввода-вывода |
| System.Net | Поддержка передачи данных по сетям |
| System.Reflection | Работа с пользовательскими типами во время выполнения приложения |
| System.Reflection.Emit | |
| System.Runtime.InteropServices | Поддержка взаимодействия с “обычным кодом” – DLL, COM-серверы, удалённый доступ |
| System.Runtime.Remoting | |
| System.Security | Криптография, разрешения |
| System.Threading | Работа с потоками |
| System.WEB | Работа с web-приложениями |
| System.Windows.Form | Работа с элементами интерфейса Windows |
| System.XML | Поддержка данных в формате XML |
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.
