Общие спецификации и совместимые модули

Уже говорилось, что каркас Framework.Net облегчает межъязыковое взаимодействие. Для того чтобы классы, разработанные на разных языках, мирно уживались в рамках одного приложения, для их бесшовной отладки и возможности построения разноязычных потомков они должны удовлетворять некоторым ограничениям. Эти ограничения задаются набором общеязыковых спецификаций - CLS (Common Language Specification). Класс, удовлетворяющий спецификациям CLS, называется CLS-совместимым. Он доступен для использования в других языках, классы которых могут быть клиентами или наследниками совместимого класса.

Спецификации CLS точно определяют, каким набором встроенных типов можно пользоваться в совместимых модулях. Понятно, что эти типы должны быть общедоступными для всех языков, использующих Framework.Net. В совместимых модулях должны использоваться управляемые данные и выполняться некоторые другие ограничения. Заметьте, ограничения касаются только интерфейсной части класса, его открытых свойств и методов. Закрытая часть класса может и не удовлетворять CLS. Классы, от которых не требуется совместимость, могут использовать специфические особенности языка программирования.

На этом я закончу обзорное рассмотрение Visual Studio.Net и ее каркаса Framework.Net. Одной из лучших книг, подробно освещающих эту тему, является книга Джеффри Рихтера, переведенная на русский язык: "Программирование на платформе.Net Framework". Крайне интересно, что для Рихтера языки являются лишь надстройкой над каркасом, поэтому он говорит о программировании, использующем возможности исполнительной среды CLR и библиотеки FCL.

Создание C#

Язык C# является наиболее известной новинкой в области создания языков программирования. В отличие от 60-х годов XX века - периода бурного языкотворчества - в нынешнее время языки создаются крайне редко. За последние 15 лет большое влияние на теорию и практику программирования оказали лишь два языка: Eiffel, лучший, по моему мнению, объектно-ориентированный язык, и Java, ставший популярным во многом благодаря технологии его использования в Интернете и появления такого понятия как виртуальная Java-машина. Чтобы новый язык получил признание, он должен действительно обладать принципиально новыми качествами. Языку C# повезло с родителями. Явившись на свет в недрах Microsoft, будучи наследником C++, он с первых своих шагов получил мощную поддержку. Однако этого явно недостаточно для настоящего признания достоинств языка. Попробуем разобраться, имеет ли он большое будущее?

Создателем языка является сотрудник Microsoft Андреас Хейлсберг. Он стал известным в мире программистов задолго до того, как пришел в Microsoft. Хейлсберг входил в число ведущих разработчиков одной из самых популярных сред разработки - Delphi. В Microsoft он участвовал в создании версии Java - J++, так что опыта в написании языков и сред программирования ему не занимать. Как отмечал сам Андреас Хейлсберг, C# создавался как язык компонентного программирования, и в этом одно из главных достоинств языка, направленное на возможность повторного использования созданных компонентов. Из других объективных факторов отметим следующие:

• C# создавался параллельно с каркасом Framework.Net и в полной мере учитывает все его возможности - как FCL, так и CLR;
• C# является полностью объектно-ориентированным языком, где даже типы, встроенные в язык, представлены классами;
• C# является мощным объектным языком с возможностями наследования и универсализации;
• C# является наследником языков C/C++, сохраняя лучшие черты этих популярных языков программирования. Общий с этими языками синтаксис, знакомые операторы языка облегчают переход программистов от С++ к C#;
• сохранив основные черты своего великого родителя, язык стал проще и надежнее. Простота и надежность, главным образом, связаны с тем, что на C# хотя и допускаются, но не поощряются такие опасные свойства С++ как указатели, адресация, разыменование, адресная арифметика;
• благодаря каркасу Framework.Net, ставшему надстройкой над операционной системой, программисты C# получают те же преимущества работы с виртуальной машиной, что и программисты Java. Эффективность кода даже повышается, поскольку исполнительная среда CLR предоставляет собой компилятор промежуточного языка, в то время как виртуальная Java-машина является интерпретатором байт-кода;
• мощная библиотека каркаса поддерживает удобство построения различных типов приложений на C#, позволяя легко строить Web-службы, другие виды компонентов, достаточно просто сохранять и получать информацию из базы данных и других хранилищ данных;
• реализация, сочетающая построение надежного и эффективного кода, является немаловажным фактором, способствующим успеху C#.

Виды проектов

Как уже отмечалось, Visual Studio.Net для языков C#, Visual Basic и J# предлагает 12 возможных видов проектов. Среди них есть пустой проект, в котором изначально не содержится никакой функциональности; есть также проект, ориентированный на создание Web-служб. В этой книге, направленной, прежде всего, на изучение языка C#, основным видом используемых проектов будут обычные Windows-приложения. На начальных этапах, чтобы не усложнять задачу проблемами пользовательского интерфейса, будем рассматривать также консольные приложения.

Давайте разберемся, как создаются проекты и что они изначально собой представляют. Поговорим также о сопряженных понятиях: решение (solution), проект (project), пространство имен (namespace), сборка (assembly). Рассмотрим результаты работы компилятора Visual Studio с позиций программиста, работающего над проектом, и с позиций CLR, компилирующей PE-файл в исходный код процессора.

С точки зрения программиста, компилятор создает решение, с точки зрения CLR - сборку, содержащую PE-файл. Программист работает с решением, CLR - со сборкой.

Решение содержит один или несколько проектов, ресурсы, необходимые этим проектам, возможно, дополнительные файлы, не входящие в проекты. Один из проектов решения должен быть выделен и назначен стартовым проектом. Выполнение решения начинается со стартового проекта. Проекты одного решения могут быть зависимыми или независимыми. Например, все проекты одной лекции данной книги могут быть для удобства собраны в одном решении и иметь общие свойства. Изменяя стартовый проект, получаем возможность перехода к нужному примеру. Заметьте, стартовый проект должен иметь точку входа - класс, содержащий статическую процедуру с именем Main, которой автоматически передается управление в момент запуска решения на выполнение. В уже имеющееся решение можно добавлять как новые, так и существующие проекты. Один и тот же проект может входить в несколько решений.

Проект состоит из классов, собранных в одном или нескольких пространствах имен. Пространства имен позволяют структурировать проекты, содержащие большое число классов, объединяя в одну группу близкие классы. Если над проектом работает несколько исполнителей, то, как правило, каждый из них создает свое пространство имен. Помимо структуризации, это дает возможность присваивать классам имена, не задумываясь об их уникальности. В разных пространствах имен могут существовать одноименные классы. Проект - это основная единица, с которой работает программист. Он выбирает тип проекта, а Visual Studio создает скелет проекта в соответствии с выбранным типом.

Дальнейшие объяснения лучше сочетать с реальной работой над проектами. Поэтому во всей этой книге я буду вкратце описывать свои действия по реализации тех или иных проектов, надеясь, что их повторение читателем будет способствовать пониманию текста и сути изучаемых вопросов.

Консольный проект

У себя на компьютере я открыл установленную лицензионную версию Visual Studio.Net 2003, выбрал из предложенного меню - создание нового проекта на C#, установил вид проекта - консольное приложение, дал имя проекту - ConsoleHello, указал, где будет храниться проект. Как выглядит задание этих установок, показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Окно создания нового проекта

Если принять эти установки, то компилятор создаст решение, имя которого совпадает с именем проекта. На рис. 2.2 показано, как выглядит это решение в среде разработки:

Рис. 2.2. Среда разработки и консольное приложение, построенное по умолчанию

Интегрированная среда разработки IDE (Integrated Development Envirionment) Visual Studio является многооконной, настраиваемой, обладает большим набором возможностей. Внешний вид ее достаточно традиционен, хотя здесь есть новые возможности; я не буду заниматься ее описанием, полагаясь на опыт читателя и справочную систему. Обращаю внимание лишь на три окна, из тех, что показаны на рис. 2.2. В окне Solution Explorer представлена структура построенного решения. В окне Properties можно увидеть свойства выбранного элемента решения. В окне документов отображается выбранный документ, в данном случае, программный код класса проекта - ConsoleHello.Class1. Заметьте, в этом окне можно отображать и другие документы, список которых показан в верхней части окна.

Построенное решение содержит, естественно, единственный заданный нами проект - ConsoleHello. Наш проект, как показано на рис. 2.2, включает в себя папку со ссылками на системные пространства имен из библиотеки FCL, файл со значком приложения и два файла с уточнением cs. Файл AssemblyInfo содержит информацию, используемую в сборке, а файл со стандартным именем Class1 является построенным по умолчанию классом, который задает точку входа - процедуру Main, содержащую для данного типа проекта только комментарий.

Заметьте, класс проекта погружен в пространство имен, имеющее по умолчанию то же имя, что и решение, и проект. Итак, при создании нового проекта автоматически создается достаточно сложная вложенная структура - решение, содержащее проект, содержащий пространство имен, содержащее класс, содержащий точку входа. Для простых решений такая структурированность представляется избыточной, но для сложных - она осмысленна и полезна.

Помимо понимания структуры решения, стоит также разобраться в трех важных элементах, включенных в начальный проект - предложение using, тэги документации в комментариях и атрибуты.

Пространству имен может предшествовать одно или несколько предложений using, где после ключевого слова следует название пространства имен - из библиотеки FCL или из проектов, связанных с текущим проектом. В данном случае задается пространство имен System - основное пространство имен библиотеки FCL. Предложение using NameA облегчает запись при использовании классов, входящих в пространство NameA, поскольку в этом случае не требуется каждый раз задавать полное имя класса с указанием имени пространства, содержащего этот класс. Чуть позже мы увидим это на примере работы с классом Console пространства System. Заметьте, полное имя может потребоваться, если в нескольких используемых пространствах имен имеются классы с одинаковыми именами.

Все языки допускают комментарии. В C#, как и в С++, допускаются однострочные и многострочные комментарии. Первые начинаются с двух символов косой черты. Весь текст до конца строки, следующий за этой парой символов, (например, "//любой текст") воспринимается как комментарий, не влияющий на выполнение программного кода. Началом многострочного комментария является пара символов /*, а концом - */. Заметьте, тело процедуры Main содержит три однострочных комментария.

Здесь же, в проекте, построенном по умолчанию, мы встречаемся с еще одной весьма важной новинкой C# - XML-тегами, формально являющимися частью комментария. Отметим, что описанию класса Class1 и описанию метода Main предшествует заданный в строчном комментарии XML-тег <summary>. Этот тэг распознается специальным инструментарием, строящим XML-отчет проекта. Идея самодокументируемых программных проектов, у которых документация является неотъемлемой частью, является важной составляющей стиля компонентного надежного программирования на C#. Мы рассмотрим реализацию этой идеи в свое время более подробно, но уже с первых шагов будем использовать теги документирования и строить XML-отчеты. Заметьте, кроме тега <summary> возможны и другие тэги, включаемые в отчеты. Некоторые теги добавляются почти автоматически. Если в нужном месте (перед объявлением класса, метода) набрать подряд три символа косой черты, то автоматически вставится тэг документирования, так что останется только дополнить его соответствующей информацией.

Еще одна новинка C#, встречающаяся в начальном проекте, это атрибут [STAThread], который предшествует описанию процедуры Main. Так же, как и тэги документирования, атрибуты распознаются специальным инструментарием и становятся частью метаданных. Атрибуты могут быть как стандартными, так и заданными пользователем. Стандартные атрибуты используются CLR и влияют на то, как она будет выполнять проект. В данном случае атрибут [STAThread] (Single Thread Apartment) задает однопоточную модель выполнения. Об атрибутах и метаданных мы еще будем говорить подробно. Заметьте, если вы нечетко представляете, каков смысл однопоточной модели, и не хотите, чтобы в вашем тексте присутствовали непонятные для вас указания, то этот атрибут можно удалить из текста, что не отразится на выполнении.

Скажем еще несколько слов о точке входа - процедуре Main. Ее заголовок можно безболезненно упростить, удалив аргументы, которые, как правило, не задаются. Они имеют смысл, когда проект вызывается из командной строки, позволяя с помощью параметров задать нужную стратегию выполнения проекта.

Таков консольный проект, построенный по умолчанию. Функциональности у него немного. Его можно скомпилировать, выбрав соответствующий пункт из меню build. Если компиляция прошла без ошибок, то в результате будет произведена сборка и появится PE-файл в соответствующей папке Debug нашего проектa. Приложение можно запустить нажатием соответствующих клавиш (например, CTRL+F5) или выбором соответствующего пункта из меню Debug. Приложение будет выполнено под управлением CLR. В результате выполнения появится консольное окно с предложением нажать любую клавишу для закрытия окна.

Слегка изменим проект, построенный по умолчанию, добавим в него свой код и превратим его в классический проект приветствия. Нам понадобятся средства для работы с консолью - чтения с консоли (клавиатуры) и вывода на консоль (дисплей) строки текста. Библиотека FCL предоставляет для этих целей класс Console, среди многочисленных методов которого есть методы ReadLine и WriteLine с очевидной семантикой. Вот код проектa, полученный в результате моих корректировок:

Я изменил текст в тегах <summary>, удалил атрибут и аргументы процедуры Main, добавил в ее тело операторы ввода-вывода. Благодаря предложению using, мне не требуется при вызове методов класса Console каждый раз писать System.Console. Надеюсь, что программный текст понятен без дальнейших пояснений.

В завершение первого проектa построим его XML-отчет. Для этого в свойствах проектa необходимо указать имя файла, в котором будет храниться отчет. Установка этого свойства проектa, так же как и других свойств, делается в окне Property Pages, открыть которое можно по-разному. Я обычно делаю это так: в окне Solution Explorer выделяю строку с именем проектa, а затем в окне Properties нажимаю имеющуюся там кнопку Property Pages. Затем в открывшемся окне свойств, показанном на рис. 2.3, устанавливается нужное свойство. В данном случае я задал имя файла отчета hello.xml.

Рис. 2.3. Окно Property Pages проекта и задание имени XML-отчета

После перестройки проектa можно открыть этот файл с документацией. Если соблюдать дисциплину, то в нем будет задана спецификация проектa, с описанием всех классов, их свойств и методов. Вот как выглядит этот отчет в данном примере:

Как видите, отчет описывает наш проект, точнее, сборку. Пользователь, пожелавший воспользоваться этой сборкой, из отчета поймет, что она содержит один класс, назначение которого указано в теге <summary>. Класс содержит лишь один элемент - точку входа Main с заданной спецификацией в теге <summary>.

Windows-проект

Проделаем аналогичную работу: построим Windows-проект, рассмотрим, как он выглядит по умолчанию, а затем дополним его до проектa "Приветствие". Повторяя уже описанные действия, в окне нового проектa (см. рис. 2.1) я выбрал тип проектa Windows Application, дав проектy имя WindowsHello.

Как и в консольном случае, по умолчанию строится решение, содержащее единственный проект, содержащий единственное пространство имен (все три конструкции имеют совпадающие имена). В пространство имен вложен единственный класс Form1, но это уже далеко не столь простой класс, как ранее. Вначале приведу его код, а потом уже дам необходимые пояснения:

Начну с того, что теперь пространству имен предшествует 6 предложений using; это означает, что используются не менее 6-ти классов, находящихся в разных пространствах имен библиотеки FCL. Одним из таких используемых классов является класс Form из глубоко вложенного пространства имен System.Windows.Forms. Построенный по умолчанию класс Form1 является наследником класса Form и автоматически наследует его функциональность - свойства, методы, события. При создании объекта этого класса, характеризующего форму, одновременно Visual Studio создает визуальный образ объекта - окно, которое можно заселять элементами управления. В режиме проектирования эти операции можно выполнять вручную, при этом автоматически происходит изменение программного кода класса. Появление в проектe формы, открывающейся по умолчанию при запуске проектa, означает переход к визуальному, управляемому событиями программированию. Сегодня такой стиль является общепризнанным, а стиль консольного приложения следует считать анахронизмом, правда, весьма полезным при изучении свойств языка.

В класс Form1 встроено закрытое (private) свойство - объект components класса Container. В классе есть конструктор, вызывающий закрытый метод класса InitializeComponent. В классе есть деструктор, освобождающий занятые ресурсы, которые могут появляться при добавлении элементов в контейнер components. Наконец, в классе есть точка входа - процедура Main с непустым телом.

Начало начал - точка "большого взрыва"

Основной операцией, инициирующей вычисления в объектно-ориентированных приложениях, является вызов метода F некоторого класса x, имеющий вид:

В этом вызове x называется целью вызова, и здесь возможны три ситуации:

• x - имя класса. В этом случае метод F должен быть статическим методом класса, объявленным с атрибутом static, как это имеет место, например, для точки вызова - процедуры Main;
• x - имя объекта или объектное выражение. В этом случае F должен быть обычным, не статическим методом. Иногда такой метод называют экземплярным, подчеркивая тот факт, что метод вызывается экземпляром класса - некоторым объектом;
• x - не указывается при вызове. Такой вызов называется неквалифицированным, в отличие от двух первых случаев. Заметьте, неквалифицированный вызов вовсе не означает, что цель вызова отсутствует, - она просто задана по умолчанию. Целью является текущий объект (текущий класс для статических методов). Текущий объект имеет зарезервированное имя this. Применяя это имя, любой неквалифицированный вызов можно превратить в квалифицированный вызов. Иногда без этого имени просто не обойтись.

Но как появляются объекты? Как они становятся текущими? Как реализуется самый первый вызов метода, другими словами, кто и где вызывает точку входа - метод Main? С чего все начинается?

Когда CLR получает сборку для выполнения, то в решении, входящем в сборку, отмечен стартовый проект, содержащий класс с точкой входа - статическим методом (процедурой) Main. Некоторый объект исполнительной среды CLR и вызывает этот метод, так что первоначальный вызов метода осуществляется извне приложения. Это и есть точка "большого взрыва" - начало зарождения мира объектов и объектных вычислений. Дальнейший сценарий зависит от содержимого точки входа. Как правило, в ней создаются один или несколько объектов, а затем вызываются методы и/или обработчики событий, происходящих с созданными объектами. В этих методах и обработчиках событий могут создаваться новые объекты, вызываться новые методы и новые обработчики. Так, начиная с одной точки, разворачивается целый мир объектов приложения.

Выполнение проекта по умолчанию после "большого взрыва"

Давайте посмотрим, что происходит в проектe, создаваемом по умолчанию, когда произошел "большой взрыв", вселенная создана и процедура Main начала работать. Процедура Main содержит всего одну строчку:

Прокомментируем этот квалифицированный вызов. Целью здесь является класс Application из пространства имен System.Windows.Forms. Класс вызывает статический метод Run, которому в качестве фактического аргумента передается объектное выражение new Form1(). При вычислении этого выражения создается первый объект - экземпляр класса Form1. Этот объект становится текущим. Для создания объекта вызывается конструктор класса. В процессе работы конструктора осуществляется неквалифицированный вызов метода InitializeComponent(). Целью этого вызова является текущий объект - уже созданный объект класса Form1. Ни в конструкторе, ни в вызванном методе новые объекты не создаются. По завершении работы конструктора объект класса Form1 передается методу Run в качестве аргумента.

Метод Run класса Application - это знаменитый метод. Во-первых, он открывает форму - видимый образ объекта класса Form1, с которой теперь может работать пользователь. Но главная его работа состоит в том, что он создает настоящее Windows-приложение, запуская цикл обработки сообщений о происходящих событиях. Поступающие сообщения обрабатываются операционной системой согласно очереди и приоритетам, вызывая обработчиков соответствующих событий. Поскольку наша форма по умолчанию не заселена никакими элементами управления, то поступающих сообщений немного. Все, что может делать пользователь с формой, так это перетаскивать ее по экрану, свертывать и изменять размеры. Конечно, он может еще закрыть форму. Это приведет к завершению цикла обработки сообщений, к завершению работы метода Run, к завершению работы метода Main, к завершению работы приложения.

Проект WindowsHello

Давайте расширим приложение по умолчанию до традиционного приветствия в Windows-стиле, добавив окошки для ввода и вывода информации. Как уже говорилось, при создании Windows-приложения по умолчанию создается не только объект класса Form1 - потомка класса Form, но и его видимый образ - форма, с которой можно работать в режиме проектирования, населяя ее элементами управления. Добавим в форму следующие элементы управления:

• текстовое окно и метку. По умолчанию они получат имена textBox1 и label1. Текстовое окно предназначается для ввода имени пользователя, метка, визуально связанная с окном, позволит указать назначение текстового окна. Я установил свойство Multiline для текстового окна как true, свойство Text у метки - Ваше Имя;
• аналогичная пара элементов управления - textBox2 и label2 - предназначены для вывода приветствия. Поскольку окно textBox2 предназначено для вывода, то я включил его свойство ReadOnly;
• я посадил на форму командную кнопку, обработчик события Click которой и будет организовывать чтение имени пользователя из окна textBox1 и вывод приветствия в окно textBox2.

На рис. 2.4 показано, как выглядит наша форма в результате проектирования.

Рис. 2.4. Форма "Приветствие"

Я не буду далее столь же подробно описывать действия по проектированию интерфейса форм, полагая, что все это интуитивно ясно и большинству хорошо знакомо. Более важно понимать то, что все действия по проектированию интерфейса незамедлительно транслируются в программный код, добавляемый в класс Form1. Мы вручную сажаем элемент управления на форму, тут же в классе появляется закрытое свойство, задающее этот элемент, а в процедуре InitailizeComponent выполняется его инициализация. Мы меняем некоторое свойство элемента управления, это незамедлительно находит отражение в программном коде указанной процедуры.

Вот как выглядит автоматически добавленное в класс описание элементов управления:

А вот фрагмент текста процедуры InitailizeComponent:

Заметьте, в теге <summary> нас предупреждают, что этот метод требуется специальному инструментарию - Дизайнеру формы - и он не предназначен для редактирования пользователем; добавление и удаление кода этого метода производится автоматически. Обращаю внимание, что после заполнения свойств элементов управления заключительным шагом является их добавление в коллекцию Controls, хранящую все элементы управления. Здесь используется метод AddRange, позволяющий добавить в коллекцию одним махом целый массив элементов управления. Метод Add позволяет добавлять в коллекцию по одному элементу. Позже нам придется добавлять элементы управления в форму программно, динамически изменяя интерфейс формы. Для этого мы будем выполнять те же операции: объявить элемент управления, создать его, используя конструкцию new, задать нужные свойства и добавить в коллекцию Controls.

В заключение приведу текст обработчика событий командной кнопки. Как задается обработчик того или иного события для элементов управления? Это можно делать по-разному. Есть стандартный способ включения событий. Достаточно выделить нужный элемент в форме, в окне свойств нажать кнопку событий (со значком молнии) и из списка событий выбрать нужное событие и щелкнуть по нему. В данной ситуации все можно сделать проще - двойной щелчок по кнопке включает событие, и автоматически строится заготовка обработчика события с нужным именем и параметрами. Вот как она выглядит:

Нам остается добавить свой текст. Я добавил следующие строки:

И вот как это работает.

Рис. 2.5. Форма "Приветствие" в процессе работы

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: