Всероссийские профессиональные конкурсы педагогических работников

Организатор включен в Перечень Минпросвещения России

Каталог конкурсов
Конкурсы ко Дню народного единства — 4 ноября

Автор: Гартман Елена Павловна

преподаватель Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Хакасия «Хакасский политехнический колледж»

Лекция к уроку по теме: Язык C# и платформа .NET. Среда разработки (ИСР). Обзор IDE VS .NET.

Тема 1.1.2. Язык C# и платформа .NET. Среда разработки (ИСР). Обзор IDE VS .NET

Основные понятия и термины по теме: программная платформа, библиотека, архитектура .NET, компилятор, байт-код, среда разработки.

План изучения темы:

  1. Разработка
  2. Концепция
  3. Первые версии
  4. Базовые принципы проектирования
  5. Архитектура .NET
  6. Среды разработки
  7. Языки программирования в .NET
  8. Альтернативные реализации.

Краткое изложение теоретических вопросов:

 

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 вся платформа .NET уже прошли большой путь. Первая версия языка вышла вместе с релизом Microsoft Visual Studio .NET в феврале 2002 года. Текущей версией языка является версия C# 9.0, которая вышла 10 ноября 2020 года вместе с релизом .NET 5.

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, как, например, лямбды, динамическое связывание, асинхронные методы и т.д.

 

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. .NET— программная платформа, которая представляет собой совокупность программ и технологий.

 

 Первая версия — .Net Framework была выпущена компанией Microsoft в 2002 году. Основой платформы является общеязыковая среда исполнения Common Language Runtime (CLR), которая подходит для разных языков программирования. Функциональные возможности CLR доступны в любых языках программирования, использующих эту среду.

Считается, что платформа .NET Framework явилась ответом компании Microsoft на набравшую к тому времени большую популярность платформу Java компании Sun Microsystems (ныне принадлежит Oracle).

 

Главные компоненты платформы .NET (CLR, CTS и CLS)

Рассмотрим три ключевых (и взаимосвязанных) компонента, которые  обеспечивают преимущества: CLR, CTS и CLS. С точки зрения программиста .NET может интерпретироваться как новая среда выполнения программ и всеобъемлющая библиотека базовых классов. Слой среды выполнения здесь называется CLR (Common Language Runtime – общеязыковая среда выполнения). Главной задачей CLR являются размещение, загрузка и управление .NET-типами по вашему указанию. Кроме того, CLR отвечает за ряд низкоуровневых вопросов, таких, как, например, управление памятью и проверка безопасности.

Другим строительным блоком платформы.NET является CTS (Common Type System – общая система типов). Спецификации CTS полностью описывают все возможные типы данных и программные конструкции, поддерживаемые средой выполнения, указывают, как эти элементы могут взаимодействовать друг с другом и как они представляются в формате метаданных.

Вы должны понимать, что конкретный язык, совместимый с .NET, может и не поддерживать абсолютно все возможности, определенные CTS. В связи с этим используются связанные спецификации CLS (Common Language Specification – общеязыковые спецификации), которые определяют подмножество общих типов и программных конструкций, понятных всем языкам программирования, совместимым с .NET. Поэтому, если создаваемые вами .NET-типы опираются только на возможности, соответствующие CLS, вы можете пребывать в уверенности, что использовать их сможет любой совместимый с .NET язык. А если вы используете типы данных или программные конструкции, выходящие за пределы CLS, вы не можете гарантировать, что с вашей библиотекой программного .NET-кода сможет взаимодействовать любой язык программирования .NET.

 

Можно выделить следующие основные черты .Net:

  • 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 5 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 UWP, для создания более простых графических приложений — Windows Forms. Для разработки мобильных приложений — Xamarin. 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 5 в ряде категорий сильно опережают веб-приложения, построенные с помощью других технологий. Приложения на .NET 5 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 Core / .NET 5

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

Основной идеей при разработке .NET Framework являлось обеспечение свободы разработчика за счёт предоставления ему возможности создавать приложения различных типов, способные выполняться на различных типах устройств и в различных средах

Вторым принципом стала ориентация на системы, работающие под управлением семейства операционных систем Microsoft Windows

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. Логическим развитием .NET Core 3.0 стала расматриваемая в этом руководстве платформа .NET 5. Поэтому следует различать .NET Framework, который предназначен преимущественно для Windows, и кросплатформенный .NET 5. В данном руководстве речь будет идти о C# в связке с .NET 5, поскольку это актуальная платформа.

Также стоит упомянуть о платформе Mono, которая была создана еще в 2004 году и представляла опенсорс-версию платформы .NET Framework для Linux и MacOS. Используя Mono, можно было создавать кросплатформенные приложения на C#. Mono по-прежнему используется. Например, Xamarin — технология для создания мобильных приложений для Android и iOS с помощью языка C# использует Mono. Тем не менее в будущем при выходе новой версии — .NET 6 в следующем году планируется, что .NET 6 вберет в себя платформу Mono.

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# 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.

Платформа .Net  содержит целые технологии:

Для работы с БД: ADO.NET,  Entity Framework

Для построения графического интерфейса: WinForms, WPF, UWP

Для разработки мобильных приложений: Xamarin

Для создания web-приложений: ASP.NET

Среды разработки

Среды разработки, поддерживающие .NET:

Приложения .NET также можно разрабатывать в текстовом редакторе, просто вызывая компилятор из командной строки.

 

Языки программирования в .NET

Одной из основных идей Microsoft .NET является совместимость программных частей, написанных на разных языках. Например, служба, написанная на C++ для Microsoft .NET, может обратиться к методу класса из библиотеки, написанной на Delphi; на C# можно написать класс, наследованный от класса, написанного на Visual Basic .NET, а исключение, созданное методом, написанным на C#, может быть перехвачено и обработано в Delphi. Каждая библиотека (сборка) в .NET имеет сведения о своей версии, что позволяет устранить возможные конфликты между разными версиями сборок.

Языки, поставляемые вместе с Microsoft Visual Studio:

  • C#
  • Visual Basic .NET
  • JScript .NET
  • C++/CLI — новая версия Managed C++
  • F# — член семейства языков программирования ML, включён в VS2010/VS2012/VS2015/VS2017
  • J# — последний раз был включён в VS2005

 

 

Выводы:

  • Язык  программирования С# следует рассматривать параллельно со средой .NET. 
  • Компилятор С# специально нацелен на .NET, а это означает, что весь код, написанный на С#, всегда будет выполняться только в среде .NET