Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №9 - Журнал «Домашняя лаборатория»

не означает полной свободы. Все разработчики компиляторов при включении нового языка в среду разработки должны следовать определенным ограничениям. Главное ограничение, которое можно считать и главным достоинством, состоит в том, что все языки, включаемые в среду разработки Visual Studio.Net, должны использовать единый каркас — Framework.Net. Благодаря этому достигаются многие желательные свойства: легкость использования компонентов, разработанных на различных языках; возможность разработки нескольких частей одного приложения на разных языках; возможность бесшовной отладки такого приложения; возможность написать класс на одном языке, а его потомков — на других языках. Единый каркас приводит к сближению языков программирования, позволяя вместе с тем сохранять их индивидуальность и имеющиеся у них достоинства. Преодоление языкового барьера — одна из важнейших задач современного мира. Благодаря единому каркасу, Visual Studio.Net в определенной мере решает эту задачу в мире программистов.

Framework.Net — единый каркас среды разработки

В каркасе Framework.Net можно выделить два основных компонента:

• статический — FCL (Framework Class Library) — библиотеку классов каркаса;

• динамический — CLR (Common Language Runtime) — общеязыковую исполнительную среду.

Библиотека классов FCL — статический компонент каркаса

Понятие каркаса приложений — Framework Applications — появилось достаточно давно; по крайней мере оно широко использовалось еще в четвертой версии Visual Studio. Десять лет назад, когда я с Ильмиром писал книгу [В.А. Биллиг, И.Х. Мусикаев "Visual C++, 4-я версия. Книга для программистов"], для нас это было еще новое понятие. Мы подробно обсуждали роль библиотеки классов MFC (Microsoft Foundation Classes) как каркаса приложений Visual С. Несмотря на то, что каркас был представлен только статическим компонентом, уже тогда была очевидна его роль в построении приложений. Уже в то время важнейшее значение в библиотеке классов MFC имели классы, задающие архитектуру строящихся приложений. Когда разработчик выбирал один из возможных типов приложения, например, архитектуру Document-View, то в его приложение автоматически встраивались класс Document, задающий структуру документа, и класс View, задающий его визуальное представление. Класс Form и классы, задающие элементы управления, обеспечивали единый интерфейс приложений. Выбирая тип приложения, разработчик изначально получал нужную ему функциональность, поддерживаемую классами каркаса. Библиотека классов поддерживала и более традиционные для программистов классы, задающие расширенную систему типов данных, в частности, динамические типы данных — списки, деревья, коллекции, шаблоны.

За прошедшие 10 лет роль каркаса в построении приложений существенно возросла — прежде всего, за счет появления его динамического компонента, о котором чуть позже поговорим подробнее. Что же касается статического компонента — библиотеки классов, то и здесь за десять лет появился ряд важных нововведений.

Единство каркаса

Каркас стал единым для всех языков среды. Поэтому, на каком бы языке программирования не велась разработка, она использует классы одной и той же библиотеки. Многие классы библиотеки, составляющие общее ядро, используются всеми языками. Отсюда единство интерфейса приложения, на каком бы языке оно не разрабатывалось, единство работы с коллекциями и другими контейнерами данных, единство связывания с различными хранилищами данных и прочая универсальность.

Встроенные примитивные типы

Важной частью библиотеки FCL стали классы, задающие примитивные типы — те типы, которые считаются встроенными в язык программирования. Типы каркаса покрывают все множество встроенных типов, встречающихся в языках программирования. Типы языка программирования проецируются на соответствующие типы каркаса. Тип, называемый в языке Visual Basic — Integer, а в языке C# — int, проецируется на один и тот же тип каркаса System.Int32. В каждом языке программирования, наряду с "родными" для языка названиями типов, разрешается пользоваться именами типов, принятыми в каркасе. Поэтому, по сути, все языки среды разработки могут пользоваться единой системой встроенных типов, что, конечно, способствует облегчению взаимодействия компонентов, написанных на разных языках.

Структурные типы

Частью библиотеки стали не только простые встроенные типы, но и структурные типы, задающие организацию данных — строки, массивы, перечисления, структуры (записи). Это также способствует унификации и реальному сближению языков программирования.

Архитектура приложений

Существенно расширился набор возможных архитектурных типов построения приложений. Помимо традиционных Windows- и консольных приложений, появилась возможность построения Web-приложений. Большое внимание уделяется возможности создания повторно используемых компонентов — разрешается строить библиотеки классов, библиотеки элементов управления и библиотеки Web-элементов управления. Популярным архитектурным типом являются Web-службы, ставшие сегодня благодаря открытому стандарту одним из основных видов повторно используемых компонентов. Для языков С#, J#, Visual Basic, поддерживаемых Microsoft, предлагается одинаковый набор из 12 архитектурных типов приложений. Несколько особняком стоит Visual C++, сохраняющий возможность работы не только с библиотекой FCL, но и с библиотеками MFC и ATL, и с построением соответствующих MFC и ATL-проектов. Компиляторы языков, поставляемых другими фирмами, создают проекты, которые удовлетворяют общим требованиям среды, сохраняя свою индивидуальность. Так, например, компилятор Eiffel допускает создание проектов, использующих как библиотеку FCL, так и собственную библиотеку классов.

Модульность

Число классов библиотеки FCL велико (несколько тысяч). Поэтому понадобился способ их структуризации. Логически классы с близкой функциональностью объединяются в группы, называемые пространством имен (Namespace). Для динамического компонента CLR физической единицей, объединяющей классы и другие ресурсы, является сборка (assembly).

Основным пространством имен библиотеки FCL является пространство System, содержащее как классы, так и другие вложенные пространства имен. Так, уже упоминавшийся примитивный тип Int32 непосредственно вложен в пространство имен System и его полное имя, включающее имя пространства — System.Int32.

В пространство System вложен целый ряд других пространств имен. Например, в пространстве System.Collections находятся классы и интерфейсы, поддерживающие работу с коллекциями объектов — списками, очередями, словарями. В пространство System.Collections, в свою очередь, вложено пространство имен Specialized, содержащие классы со специализацией, например, коллекции, элементами которых являются только строки. ПространствоSystem.windows.Forms содержит классы, используемые при создании Windows-приложений. Класс Form из этого пространства задает форму — окно, заполняемое элементами управления, графикой, обеспечивающее интерактивное взаимодействие с пользователем.

По ходу курса мы будем знакомиться со многими классами, принадлежащими различным пространствам имен библиотеки FCL.

Общеязыковая исполнительная среда CLR — динамический компонент каркаса

Наиболее революционным изобретением Framework.Net явилось создание исполнительной среды CLR. С ее появлением процесс написания и выполнения приложений становится принципиально другим. Но обо всем по порядку.

Двухэтапная компиляция. Управляемый модуль и управляемый код

Компиляторы языков программирования, включенные в Visual Studio.Net, создают модули на промежуточном языке MSIL (Microsoft Intermediate Language), называемом далее просто — IL. Фактически компиляторы создают так называемый управляемый модуль — переносимый исполняемый файл (Portable Executable или PE-файл). Этот файл содержит код на IL и метаданные — всю необходимую информацию как для CLR, так и конечных пользователей, работающих с приложением. О метаданных — важной новинке Framework.Net — мы еще будем говорить неоднократно. В зависимости