Текущей является версия C# 4.0, о которой и пойдет речь в этой книге. Эта версия прочно опирается на три предыдущие основные версии С#, дополняя их целым рядом новых средств. Вероятно, самыми важными среди них являются именованные и нео бязательные аргументы. В частности, именованные аргументы позволяют связывать аргумент с параметром по имени. А необязательные аргументы дают возможность указывать для параметра используемый по умолчанию аргумент. Еще одним важным новым средством является тип dynamic, применяемый для объявления объектов, ко торые проверяются на соответствие типов во время выполнения, а не компиляции. Кроме того, ковариантность и контравариантность параметров типа поддерживается благодаря новому применению ключевых слов in и out. Тем, кто пользуется моделью СОМ вообще и прикладными интерфейсами Office Automation API в частности, су щественно упрощен доступ к этим средствам, хотя они и не рассматриваются в этой книге. В целом, новые средства, внедренные в версии C# 4.0, способствуют дальнейшей рационализации программирования и повышают практичность самого языка С#.
Еще два важных средства, внедренных в версии 4.0 и непосредственно связан ных с программированием на С#, предоставляются не самим языком, а средой .NET Framework 4.0. Речь идет о поддержке параллельного программирования с помощью библиотеки распараллеливания задач (TPL) и параллельном варианте языка интегри рованных запросов (PLINQ). Оба эти средства позволяют существенно усовершенство вать и упростить процесс создания программ, в которых применяется принцип парал лелизма. И то и другое средство упрощает создание многопоточного кода, который масштабируется автоматически для использования нескольких процессоров, доступ ных на компьютере. В настоящее время широкое распространение подучили компью теры с многоядерными процессорами, и поэтому возможность распараллеливать вы полнение кода среди всех доступных процессоров приобретает все большее значение практически для всех, кто программирует на С#. В силу этого особого обстоятельства средства TPL и PLINQ рассматриваются в данной книге. Связь C# со средой .NET Framework
Несмотря на то что C# является самодостаточным языком программирования, у него имеется особая взаимосвязь со средой выполнения .NET Framework. Наличие такой вза имосвязи объясняется двумя причинами. Во-первых, C# первоначально предназначался для создания кода, который должен выполняться в среде .NET Framework. И во-вторых, используемые в C# библиотеки определены в среде .NET Framework. На практике это означает, что C# и .NET Framework тесно связаны друг с другом, хотя теоретически C# можно отделить от среды .NET Framework. В связи с этим очень важно иметь хотя бы самое общее представление о среде .NET Framework и ее значении для С#. О среде NET Framework
Назначение .NET Framework — служить средой для поддержки разработки и вы полнения сильно распределенных компонентных приложений. Она обеспечивает со вместное использование разных языков программирования, а также безопасность, пе реносимость программ и общую модель программирования для платформы Windows. Что же касается взаимосвязи с С#, то среда .NET Framework определяет два очень важных элемента. Первым из них является общеязыковая среда выполнения (Common Language Runtime — CLR). Это система, управляющая выполнением программ. Среди прочих преимуществ — CLR как составная часть среды .NET Framework поддерживает многоязыковое программирование, а также обеспечивает переносимость и безопасное выполнение программ.
Вторым элементом среды .NET Framework является библиотека классов. Эта би блиотека предоставляет программе доступ к среде выполнения. Так, если требуется выполнить операцию ввода-вывода, например вывести что-нибудь на экран, то для этой цели используется библиотека классов .NET. Для тех, кто только начинает изу чать программирование, понятие класса может оказаться незнакомым. Оно подробно разъясняется далее в этой книге, а пока достаточно сказать, что класс — это объектно- ориентированная конструкция, помогающая организовать программы. Если про грамма ограничивается средствами, определяемыми в библиотеке классов .NET, то такая программа может выполняться везде, где поддерживается среда выполнения .NET. А поскольку в C# библиотека классов .NET используется автоматически, то про граммы на С# заведомо оказываются переносимыми во все имеющиеся среды .NET Framework. Принцип действия CLR
Среда CLR управляет выполнением кода .NET. Действует она по следующему прин ципу. Результатом компиляции программы на C# является не исполняемый код, а файл, содержащий особого рода псевдокод, называемый Microsoft Intermediate Language, MSIL (промежуточный язык Microsoft). Псевдокод MSIL определяет набор переноси мых инструкций, не зависящих от конкретного процессора. По существу, MSIL опреде ляет переносимый язык ассемблера. Следует, однако, иметь в виду, что, несмотря на кажущееся сходство псевдокода MSIL с байт-кодом Java, это все же разные понятия.
Назначение CLR — преобразовать промежуточный код в исполняемый код по ходу выполнения программы. Следовательно, всякая программа, скомпилированная в псевдокод MSIL, может быть выполнена в любой среде, где имеется реализация CLR. Именно таким образом отчасти достигается переносимость в среде .NET Framework.
Псевдокод MSIL преобразуется в исполняемый код с помощью JIT-компилятора. Сокращение JIT означает точно в срок и отражает оперативный характер данного ком пилятора. Процесс преобразования кода происходит следующим образом. При вы полнении программы среда CLR активизирует JIT-компилятор, который преобразует псевдокод MSIL в собственный код системы по требованию для каждой части про граммы. Таким образом, программа на C# фактически выполняется как собственный код, несмотря на то, что первоначально она скомпилирована в псевдокод MSIL. Это означает, что такая программа выполняется так же быстро, как и в том случае, когда она исходно скомпилирована в собственный код, но в то же время она приобретает все преимущества переносимости псевдокода MSIL.
Помимо псевдокода MSIL, при компилировании программы на С# получаются также метаданные, которые служат для описания данных, используемых в программе, а также обеспечивают простое взаимодействие одного кода с другим. Метаданные со держатся в том же файле, что и псевдокод MSIL. Управляемый и неуправляемый код
Как правило, при написании программы на C# формируется так называемый управляемый код. Как пояснялось выше, такой код выполняется под управлением среды CLR, и поэтому на него накладываются определенные ограничения, хотя это и дает ряд преимуществ. Ограничения накладываются и удовлетворятся довольно просто: компи лятор должен сформировать файл MSIL, предназначенный для выполнения в среде CLR, используя при этом библиотеку классов .NET, — и то и другое обеспечивается средствами С#. Ко многим преимуществам управляемого кода относятся, в частности, современные способы управления памятью, возможность программирования на раз ных языках, повышение безопасности, поддержка управления версиями и четкая ор ганизация взаимодействия программных компонентов.
В отличие от управляемого кода, неуправляемый код не выполняется в среде CLR. Следовательно, до появления среды .NET Framework во всех программах для Windows применялся неуправляемый код. Впрочем, управляемый и неуправляемый коды мо гут взаимодействовать друг с другом, а значит, формирование управляемого кода в С# совсем не означает, что на его возможность взаимодействия с уже существующими программами накладываются какие-то ограничения. Общеязыковая спецификация
Несмотря на все преимущества, которые среда CLR дает управляемому коду, для максимального удобства его использования вместе с программами, написанны ми на других языках, он должен подчинятся общеязыковой спецификации (Common Language Specification — CLS), которая определяет ряд общих свойств для разных .NET-совместимых языков. Соответствие CLS особенно важно при создании программ ных компонентов, предназначенных для применения в других языках. В CLS в качестве подмножества входит общая система типов (Common Type System — CTS), в которой определяются правила, касающиеся типов данных. И разумеется, в C# поддерживается как CLS, так и CTS.
ГЛАВА 2. Краткий обзор элементов C
Н аибольшие трудности в изучении языка програм мирования вызывает то обстоятельство, что ни один из его элементов не существует обособленно. Напротив, все элементы языка действуют совместно. Такая взаимосвязанность затрудняет рассмотрение одного аспек та C# безотносительно к другому. Поэтому для преодоле ния данного затруднения в этой главе дается краткий обзор нескольких средств языка С#, включая общую форму про граммы на С#, ряд основных управляющих и прочих опера торов. Вместо того чтобы углубляться в детали, в этой главе основное внимание уделяется лишь самым общим принци пам написания любой программы на С#. А большинство вопросов, затрагиваемых по ходу изложения материала этой главы, более подробно рассматриваются в остальных главах части I. Объектно-ориентированное программирование