Learning hard C#学习笔记 C#简介
第 1 章 你真的了解C#嗎
在正式介紹C#的語法和特性之前，讓我們首先來了解下它的發展歷程。因為只有知道了C#的概貌和由來，積累了必要的背景知識，我們才能更好地掌握C#，進而使用C#來編程。
1.1 什么是C#
C#（發音為C Sharp）是由微軟公司開發的一種面向對象且運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言。它的基本語法與C和C++類似，但相比較而言，C#更加簡單易學。如果你之前已經對上述的任何一種語言有所了解，就可以通過學習，在很短的時間里使用C#來編程。
C#還具有很多特性，例如封裝方法簽名的委托（類似于C++中的方法指針）、可為空的值類型、泛型方法和Lambda表達式等，這些特性都是其他語言所不具有的。C# 2.0支持泛型類型，從而避免了強制類型轉換帶來的性能損失；還提供了迭代器，因此可更簡單地為集合類型實現自定義的迭代行為。在C# 3.0中，語言集成查詢（LINQ）表達式使查詢操作更為簡單。C# 4.0中提供的動態類型，可以讓開發者為類型實現自定義的動態行為，從而使在C#這樣的靜態語言中調用諸如Python的動態語言成為可能。
使用C#開發應用程序也比使用其他語言更簡單、快速，因為C#語言是基于.NET Framework的。.NET Framework為開發應用程序提供了豐富的類庫和圖形控件，利用這些現有的控件就可以開發出一些應用程序。而且，C#的開發工具Visual Studio也提供了很多應用程序的模塊，我們可以利用模塊快速創建應用程序。
1.1.1 C#語言的發展歷程
了解C#語言的發展歷程具有重要的意義，因為只有當你知道了C#語言所具有的特性，才能更好地學習和掌握它們。
C#是微軟公司在2000年6月發布的全新編程語言。在其誕生后的14年里，為了幫助開發人員更好地使用C#語言來編寫應用程序，微軟不斷地更新C#語言的版本，每次升級都能帶來讓我們眼前一亮的新特性。表1-1列出了C#每個版本中所更新的特性和對應的.NET Framework版本。
表 1-1 C#各版本的新特性及對應的.NET Framework版本
| C# 1.0 | .NET Framework 1.0 | Visual Studio .NET 2002 | 2002.1 | 委托事件 |
| C# 1.1 | .NET Framework 1.1 | Visual Studio .NET 2003 | 2003.4 | APM |
| C# 2.0 | .NET Framework 2.0 | Visual Studio 2005（開始命名為Visual Studio） | 2005.11 | 泛型 |
| C# 3.0 | .NET Framework 3.0 | Visual Studio 2008 | 2007.11 | 隱式類型的局部變量 |
| C# 4.0 | .NET Framework 4.0 | Visual Studio 2010 | 2010.4 | 動態綁定 |
| C# 5.0 | .NET Framework 4.5 | Visual Studio 2012 | 2012.8 | 異步和等待調用方信息 |
從表1-1可以看出，對于C#的每一個版本，微軟都是圍繞某個主題進行更新的，圖1-1更形象地總結了每個C#版本的主題。
圖 1-1
1.1.2 C#能編寫哪些應用程序
對于讀者來說，最想達到的效果莫過于學完C#之后能立刻去開發應用程序。可以這么說，只要掌握了C#，你就能編寫所看到的任何應用程序了，比如音樂播放器、電子商務平臺，以及一些服務程序等。下面就介紹幾種常見的應用程序類型。
1. Windows桌面應用程序
用C#實現Windows桌面應用程序較其他語言來說更為簡單快速。主要原因在于，Windows Forms模塊提供了一個強大的控件庫，其中包含按鈕、菜單等常用控件，用戶可使用這些控件，通過拖拉的方式輕松地建立Windows用戶界面。
另一方面，C#開發環境Visual Studio也很好地集成了Windows Forms模塊，方便我們創建這類應用程序；而在.NET 3.0之后（對應于Visual Studio 2008），我們還可以使用Windows Presentation Foundation（WPF）來實現Windows桌面應用程序，WPF提供了更大的靈活性和更漂亮的外觀，如圖1-2所示。
圖 1-2
2. Web應用程序
Web應用程序就是一些Web頁面，通過瀏覽器可以查看這些Web頁面。.NET Framework提供了ASP.NET技術來幫助我們實現該類應用程序。ASP.NET模塊中包含豐富的控件庫，我們可以利用這個控件庫來制作出漂亮的Web頁面。此外，Visual Studio也集成了該類應用程序的模板（如圖1-3所示），使用模板來建立Web應用程序速度更快。
圖 1-3
3. Web服務
Web服務是實現分布式應用程序的一種方式。這里舉一個生活中的例子，幫助大家理解什么是服務：我們去飯店吃飯，就會有服務員來為我們服務點單。可以發現，服務即指我們不想自己去做，而希望別人幫助我們完成某件事情。
在開發過程中，我們也需要實現那些為其他應用程序提供服務的程序，C#語言可以幫助我們實現這類應用程序。在.NET Framework 3.0之后，微軟提供了Windows Communication Foundation（WCF）技術來實現Web服務，Visual Studio中也集成了該應用程序的模板（如圖1-4所示）。
圖 1-4
C#可以實現任何類型的應用程序，上面只是簡單介紹了其中最常見的3類應用程序。對于上面介紹的3種具體的技術，本書不會多作介紹，請讀者朋友們參考相關圖書和資料進行學習。
1.2 什么是.NET Framework
在前面的介紹中，.NET Framework這個詞已經出現過多次了，然而它到底是什么呢？
我們可以這樣去理解.NET Framework（.NET框架）：C#是一門編程語言，它用于實現與計算機的對話，但C#編寫的程序是需要編譯和運行的，.NET Framework就是應用程序運行時的執行環境，為應用程序的執行提供以下幾種服務。
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全面的類庫 .NET Framework提供了豐富的類庫以供調用，這使我們不必再去編寫大量代碼去處理常見的操作。
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內存管理 在許多其他的編程語言中，開發人員需要負責內存的分配和釋放，以及對象生命周期的處理等任務。.NET Framework為了減輕開發人員的工作，提供了內存管理服務。
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通用類型系統（Common Type System，CTS） CTS定義了可以在中間語言中使用的預定義數據類型。
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開發結構和技術 .NET Framework提供了開發特定應用程序所需的庫，如Web應用程序的ASP.NET技術。
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語言互操作性 面向.NET Framework的語言編譯器都提供了生成中間語言代碼的機制，這種機制使得不同語言之間進行互操作成為可能。
1.2.1 .NET Framework的組成
前面簡單介紹了.NET Framework的概念，接下來，讓我們看看.NET Framework具體是由哪幾部分組成的。
.NET Framework包括公共語言運行時（Common Language Runtime，CLR）和.NET Framework類庫（Framework Class Library，FCL）。
1. 公共語言運行時
公共語言運行時是.NET Framework的核心基礎。我們可以將CLR看成一個在執行時管理代碼的代理，它提供了內存管理、線程管理和異常處理等服務，而且還負責對代碼實施嚴格的類型安全檢查，保證了代碼的正確性。我們將受CLR管理的代碼稱為托管代碼（managed code），將不受CLR管理的代碼稱為非托管代碼（unmanaged code）。
CLR包含兩個組成部分：通用類型系統（Common Type System，CTS）和公共語言規范（Common Language Specification，CLS）。下面來具體了解這兩個組件的功能。
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CTS
C#和VB.NET都是由CLR進行管理的，但是它們的語法和數據類型各不相同，CLR是如何對這兩種不同的語言進行托管的呢？
這得益于CTS。CTS用于解決不同語言之間數據類型不同的問題，如C#中整型是int，而VB.NET中的整型卻是Integer，通過CTS可以把這兩個類型變成通用類型Int32。所有.NET語言都共享CTS這一類型系統，從而使它們之間能夠實現無縫互操作。
CTS類型主要分為兩大類：引用類型和值類型。如圖1-5所示，這兩種類型之間存在著相互轉化，轉化方法分別為裝箱（box）和拆箱（unbox）。更多有關兩類CTS類型轉換的內容將在第10章中介紹。
圖 1-5
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CLS
.NET下的語言不僅僅存在數據類型的不同，語言規范上也有顯著的區別，公共語言規范（CLS）就是為了解決這個問題而誕生的。
CLS是一種最低的語言標準，它制定了以.NET平臺為目標的語言所必須支持的最小特征，以及某一語言與其他.NET語言之間實現互操作所需要的完備特征。凡是遵守這個標準的語言，在.NET框架下都可以實現互相調用；不符合公共語言規范的代碼就不能被其他語言調用，繼而不能與其他語言進行互操作。
比如在C#中，變量命名是區分大小寫的，而VB.NET卻不區分大小寫，這樣CLS就規定，編譯后的IL代碼除了大小寫之外必須還有其他的不同。圖1-6很好地演示了兩者之間的區別。
圖 1-6
2. .NET Framework
.NET Framework類庫就是一組DLL程序集的集合，其中包含了大量定義好的類型，這些類型都公開了一些功能。我們可以使用這些公開的功能開發出多種應用程序，例如前面介紹的Windows Forms和ASP.NET應用程序。
由于FCL中包含了數量極多的類型，因此有必要將相關的一組類型放到一個單獨的命名空間中加以區分，例如System.IO命名空間中就包含了用于執行I/O操作的類型。因此，在使用FCL中某個類時，還必須知道該類所在的命名空間。
圖1-7可以幫助大家更好地理解公共語言運行時、類庫與應用程序之間以及與整個操作系統之間的關系。
圖 1-7
1.2.2 C#與.NET Framework的關系
C#是面向.NET Framework的語言，除了C#之外，VB.NET和F#也都是面向.NET Framework的語言。.NET Framework為這些語言提供了執行環境，這些語言則可以調用.NET Framework所提供的類庫來開發各種應用程序。大家可以通過圖1-8更好地理解兩者之間的關系。
圖 1-8
1.2.3 C#代碼的執行過程
在Visual Studio開發工具下，我們只需要按F5就可以編譯和執行C#代碼了，但是C#代碼到底是如何執行的呢？為了使C#代碼能夠運行，必須將其轉換為目標操作系統能夠理解的語言，即本機代碼（native code）。在.NET Framework平臺下，該過程包括兩個階段。
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C#代碼編譯為中間語言代碼的階段——在編譯C#代碼時，并不是立即創建專用于操作系統的本機代碼，而是由C#編譯器（Visual Studio中集成了C#編譯器）把代碼編譯為通用中間語言（Common Intermediate Language，CIL）代碼。
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中間語言代碼編譯為本機代碼的階段——要使C#代碼能夠運行，還需進一步將CIL代碼轉換為特定CPU的本機代碼，該過程由即時編譯器（Just-In-Time，JIT）來完成。
下面詳細介紹C#代碼的編譯和執行過程。
1. C#代碼編譯為中間語言代碼階段
并不是只有C#代碼才能被編譯為中間語言代碼，其他面向.NET的語言（如VB .NET）在執行之前也都需要先編譯為中間語言代碼。該過程由對應的編譯器去完成，具體過程如圖1-9所示。
最終創建的IL代碼將存儲在一個程序集中，程序集中除IL代碼外，還將包括元數據和可選的資源文件。元數據用來描述代碼中的類型，這種描述針對3個方面：類型定義的描述、類型成員的描述和類型引用成員的描述。可選的資源文件指IL代碼中使用的其他數據，如圖片文件等。
圖 1-9
程序集分為兩種：擴展名為.exe的可執行文件，以及擴展名為.dll的可供其他程序調用的庫文件。
2. 中間語言代碼編譯為本機代碼階段
為了使IL代碼能夠運行，必須把它編譯為本機代碼，即CPU指令。這個過程由CLR的JIT編譯器來完成。其編譯過程如圖1-10所示。
圖 1-10
3. 執行本機代碼
JIT編譯生成本機代碼之后，編譯好的本機代碼會被放置到一個緩沖區中緩存，下次再調用相同的代碼時，可直接運行緩沖區中現有的本機代碼，從而避免重新驗證IL代碼以及把它編譯為本機代碼的過程。使用這種方法，系統只在首次調用時才會造成一些性能損失（即發生JIT過程）。
1.3 歸納總結
本章簡單介紹了C#語言的特點和發展歷程，闡釋了.NET Framework與C#之間的關系，并給出了C#代碼的執行過程。相信通過本章的學習，你已經對C#有了一個全面的認識。下一章將帶領大家創建一個簡單的控制臺程序。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的Learning hard C#学习笔记 C#简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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