Введение в C#
На сегодняшний момент язык программирования C# один из самых мощных, быстро развивающихся и востребованных языков в ИТ-отрасли. В настоящий момент на нем пишутся самые различные приложения: от небольших десктопных программок до крупных веб-порталов и веб-сервисов, обслуживающих ежедневно миллионы пользователей.
C# уже не молодой язык и как и вся платформа .NET уже прошел большой путь. Первая версия языка вышла вместе с релизом Microsoft Visual Studio .NET в феврале 2002 года. Текущей версией языка является версия C# 11, которая вышла 8 ноября 2022 года вместе с релизом .NET 7.
C# является языком с Си-подобным синтаксисом и близок в этом отношении к C++ и Java. Поэтому, если вы знакомы с одним из этих языков, то овладеть C# будет легче.
C# является объектно-ориентированным и в этом плане много перенял у Java и С++. Например, C# поддерживает полиморфизм, наследование, перегрузку операторов, статическую типизацию. Объектно-ориентированный подход позволяет решить задачи по построению крупных, но в тоже время гибких, масштабируемых и расширяемых приложений. И C# продолжает активно развиваться, и с каждой новой версией появляется все больше интересных функциональностей.
Роль платформы .NET
Когда говорят C#, нередко имеют в виду технологии платформы .NET (Windows Forms, WPF, ASP.NET, Xamarin). И, наоборот, когда говорят .NET, нередко имеют в виду C#. Однако, хотя эти понятия связаны, отождествлять их неверно. Язык C# был создан специально для работы с фреймворком .NET, однако само понятие .NET несколько шире.
Как-то Билл Гейтс сказал, что платформа .NET — это лучшее, что создала компания Microsoft. Возможно, он был прав. Фреймворк .NET представляет мощную платформу для создания приложений. Можно выделить следующие ее основные черты:
- Поддержка нескольких языков . Основой платформы является общеязыковая среда исполнения Common Language Runtime (CLR), благодаря чему .NET поддерживает несколько языков: наряду с C# это также VB.NET, C++, F#, а также различные диалекты других языков, привязанные к .NET, например, Delphi.NET. При компиляции код на любом из этих языков компилируется в сборку на общем языке CIL (Common Intermediate Language) — своего рода ассемблер платформы .NET. Поэтому при определенных условиях мы можем сделать отдельные модули одного приложения на отдельных языках.
- Кроссплатформенность . .NET является переносимой платформой (с некоторыми ограничениями). Например, последняя версия платформы на данный момент — .NET 7 поддерживается на большинстве современных ОС Windows, MacOS, Linux. Используя различные технологии на платформе .NET, можно разрабатывать приложения на языке C# для самых разных платформ — Windows, MacOS, Linux, Android, iOS, Tizen.
- Мощная библиотека классов . .NET представляет единую для всех поддерживаемых языков библиотеку классов. И какое бы приложение мы не собирались писать на C# — текстовый редактор, чат или сложный веб-сайт — так или иначе мы задействуем библиотеку классов .NET.
- Разнообразие технологий . Общеязыковая среда исполнения CLR и базовая библиотека классов являются основой для целого стека технологий, которые разработчики могут задействовать при построении тех или иных приложений. Например, для работы с базами данных в этом стеке технологий предназначена технология ADO.NET и Entity Framework Core. Для построения графических приложений с богатым насыщенным интерфейсом — технология WPF и WinUI, для создания более простых графических приложений — Windows Forms. Для разработки кроссплатформенных мобильных и десктопных приложений — Xamarin/MAUI. Для создания веб-сайтов и веб-приложений — ASP.NET и т.д. К этому стоит добавить активной развивающийся и набирающий популяность Blazor — фреймворк, который работает поверх .NET и который позволяет создавать веб-приложения как на стороне сервера, так и на стороне клиента. А в будущем будет поддерживать создание мобильных приложений и, возможно, десктоп-приложений.
- Производительность . Согласно ряду тестов веб-приложения на .NET 7 в ряде категорий сильно опережают веб-приложения, построенные с помощью других технологий. Приложения на .NET 7 в принципе отличаются высокой производительностью.
Также еще следует отметить такую особенность языка C# и фреймворка .NET, как автоматическая сборка мусора. А это значит, что нам в большинстве случаев не придется, в отличие от С++, заботиться об освобождении памяти. Вышеупомянутая общеязыковая среда CLR сама вызовет сборщик мусора и очистит память.
.NET Framework и .NET 7
Стоит отметить, что .NET долгое время развивался премущественно как платформа для Windows под названием .NET Framework. В 2019 вышла последняя версия этой платформы — .NET Framework 4.8. Она больше не развивается
С 2014 Microsoft стал развивать альтернативную платформу — .NET Core, которая уже предназначалась для разных платформ и должна была вобрать в себя все возможности устаревшего .NET Framework и добавить новую функциональность. Затем Microsoft последовательно выпустил ряд версий этой платформы: .NET Core 1, .NET Core 2, .NET Core 3, .NET 5. И текущей версией является расматриваемая в этом руководстве платформа .NET 7. Поэтому следует различать .NET Framework, который предназначен преимущественно для Windows, и кросплатформенный .NET 7. В данном руководстве речь будет идти о C# 11 в связке с .NET 7, поскольку это актуальная платформа.
Управляемый и неуправляемый код
Нередко приложение, созданное на C#, называют управляемым кодом (managed code). Что это значит? А это значит, что данное приложение создано на основе платформы .NET и поэтому управляется общеязыковой средой CLR, которая загружает приложение и при необходимости очищает память. Но есть также приложения, например, созданные на языке С++, которые компилируются не в общий язык CIL, как C#, VB.NET или F#, а в обычный машинный код. В этом случае .NET не управляет приложением.
В то же время платформа .NET предоставляет возможности для взаимодействия с неуправляемым кодом..
JIT-компиляция
Как выше писалось, код на C# компилируется в приложения или сборки с расширениями exe или dll на языке CIL. Далее при запуске на выполнение подобного приложения происходит JIT-компиляция (Just-In-Time) в машинный код, который затем выполняется. При этом, поскольку наше приложение может быть большим и содержать кучу инструкций, в текущий момент времени будет компилироваться лишь та часть приложения, к которой непосредственно идет обращение. Если мы обратимся к другой части кода, то она будет скомпилирована из CIL в машинный код. При том уже скомпилированная часть приложения сохраняется до завершения работы программы. В итоге это повышает производительность.
По сути это все, что вкратце надо знать о платформе .NET и языке C#. А теперь создадим первое приложение.
.NET для начинающих. Что такое среда .NET и как она работает?
Вопрос, освещённый в данной статье, будет полезен для понимания всей структуры программирования на .net в целом, независимо от языка. Будь то C#, Visual Basiс или J#. Статья ориентирована на начинающих программистов, только осваивающих программирование на .NET.
Что такое .NET?
.Net (читается как «дот нет») – это кросплатформенная среда выполнения приложений. Проще говоря – это то, что позволяет запускаться нашим приложениям в системе Microsoft Windows. Кросплатформенная – означает, что созданное приложение будет работать на всех процессорах и на всех операционных системах семейства Windows (за исключением самых ранних).
Более того! Те, кто уже имел дело с программированием, например, на С++, знает что под процессоры на разной платформе приходится «пересобирать» программы. Например программа, скомпилированная для x64 не будет корректно работать на x86, а программа, собранная для x86 не сможет полностью показать свой потенциал работы на x64 системе.
Тут нам на помощь приходит .Net framework.
.Net Framework – это набор уже скомпилированных библиотек, откуда берутся методы и функции для запуска и разработки приложений. В разработке, на деле, нам придётся просто вызвать уже готовую функцию для того чтобы она заработала. Большинство методов и функций, необходимых программисту, уже скомпилировано и лежит в .net framework внутри системы. И каждая библиотека с функциями лежит в двух вариантах – для x86 и для x64, так что о «пересборке» программы под разные платформы можно забыть! Созданная вами программа будет показывать свой полный потенциал на любой аппаратной («железе») и программной (операционной системе) платформе.
Как это всё работает?
Вспомним, что такое процесс компиляции – это перевод вашего кода, понятного человеку, в бинарный код, понятный компьютеру.
В программировании на .net компиляция и запуск приложений происходит следующим образом:
Код из любого языка преобразовывается в код, написанный на общем языке (Common intermediate language или CIL). Этот язык является языком низшего уровня, похожего по синтаксису на язык ассемблер.
После, этот код передаётся так называемой исполняющей среде (Common language runtime или CLR), которая берёт функции и методы из .net Framework
После этого конечный результат передаётся на процессор и выполняется программа.
CLR – это некая «виртуальная машина», которая собственно и управляет нашими приложениями, написанными для .net.
В ней есть такая занятная штука, как сборщик мусора (Garbage collector). Он подчищает всё ненужное, оставленное программой в оперативной памяти во время выполнения самой программы. То есть, если мы использовали, например, переменную всего один раз в программе, то после обращения к этой переменной, если она больше нигде не задействована – автоматический сборщик мусора её удаляет из оперативной памяти. Это абсолютно безопасно, а главное – это даёт огромный прирост в производительности масштабных и ресурсоёмких приложений. Это очень удобно, ведь в других языках, например в С++ чтобы достичь максимальной скорости работы приложения необходимо вручную удалять обьекты, а в этом случае нужно просчитать когда они не будут востребованы, чтобы их можно было безопасно удалить, чтобы не вызвать ошибку или крах программы.
Также такая схема сборки приложений очень удобна и тем, что происходит «компиляция на лету». То есть не компилируя программу, среда разработки может указать Вам на Ваши ошибки, а это заметно ускоряет процесс разработки.
Что же выделяет .net программирование среди всех?
Первое – это конечно-же относительная лёгкость освоения и работы с языками, так как большинство .Net языков – языки высшего уровня.
Быстрота выполнения конечных исполняемых файлов.
Приложения, написанные на .net сами чистят себя в оперативной памяти, благодаря автоматическому сборщику мусора.
Приложение нужно «собрать» всего один раз, и оно будет работать на всех платформах процессоров и операционных системах семейства Windows. В это же время приложение будет показывать весь свой потенциал скорости, который возможен на определённых процессорах.