C# 图解教程 第5版 —— 第1章 C# 和 .NET 框架

1.1 在 .NET 之前

• MFC（Microsoft Foundation Class，微软基础类库）

  微软公司提供的一个类库，以 C++ 类的形式封装了 Windows 的 API，并包含一个应用程序框架，以减少应用程序开发人员的工作量。其中包含的类包含大量 Windows 句柄封装类和很多 Windows 的内建控件和组件的封装类。

• COM（Component Object Model，组件对象模型）

  基于 Windows 平台的一套组件对象接口标准，由一组构造规范和组件对象库组成。组件对象不使用方法而用接口来描述自身。

1.2 .NET 时代

​ .NET 框架的特点：

• 多平台：可以在各种计算机上运行。
• 行业标准：使用行业标准的通信协议，如 XML、HTTP、SOAP、JSON 和 WSDL。
• 安全性：提供安全的执行环境，即使有来源可疑的代码存在。

1.2.1 .NET 框架的组成

​ 如图 1.1 所示。

图1.1 .NET 框架的组成

• CLR（Common Language Runtime，公共语言运行库）

  在运行时管理程序的执行，主要内容有

  • 内存管理和垃圾收集；
  • 代码安全验证；
  • 代码执行、线程管理及异常处理。

• BCL（Base Class Library，基类库）

  是 .NET 框架使用的一个大类库，可以在程序中使用。

1.2.2 大大改进的编程环境

1. 面向对象的开发环境

   CLR、BCL 和 C# 完全面向对象，形成良好的集成环境。

2. 自动垃圾收集

   • GC（Garbage Collector，垃圾收集器）

     自动管理内存，删除程序不在访问的对象。

3. 互操作性

   • 允许不同的 .NET 语言编写的软件模块无缝交互。
     • 只要遵循一定的规则，.NET 语言的程序可以相互使用其他 .NET 语言写的类；
     • .NET 框架被称为“语言无关”。
   • 提供平台调用特性（Platform Invoke，P/Invoke），允许 .NET 代码调用非 .NET 代码。
   • .NET 框架能与 COM 组件相互调用。

4. 简化的部署

   • 不需要使用注册表注册。
   • 提供并行执行的特性：允许 DLL 不同版本在同一台机器上存在。

5. 类型安全性

   CLR 检查并确保参数及其他数据对象的类型安全。

6. 基类库

   .NET 框架提供庞大的基础类库（BCL），有时也称为 FCL（Framework Class Library，框架类库）。

1.3 编译成 CIL

​ .NET 语言的编译器接受源代码，生成名为程序集的输出文件，如图 1.2 所示。

图1.2 编译过程

• CIL（Common Intermediate Language，公共中间语言）

  即程序集里的代码，不是本机代码。

• 程序集包含如下信息：

  • 程序的 CIL；
  • 程序中使用的类型的元数据；
  • 对其他程序集引用的元数据。

1.4 编译成本机代码并执行

​ 程序集的 CIL 直到被调用运行时才会被编译成本机代码，运行时执行的步骤如图 1.3 所示。

图1.3 运行时被编译成本机代码

1. 检查程序集的安全特性；
2. 在内存中分配空间；
3. 把程序集中的可执行代码发送给 JIT（Just-In-Time，及时编译器），编译一部分内容为本机代码。

​ 程序集中的可执行代码只在需要的时候由 JIT 编译，之后被缓存起来以备后续使用。一旦 CIL 被编译为本机代码，CLR 就在它运行时进行管理，如释放无主内存、检查数组边界、检查参数类型和管理异常等。

• 托管代码：由 .NET 框架编写的代码，需要 CLR。

• 非托管代码：不在 CLR 控制之下运行的代码，如 C/C++、DLL。

图1.4 编译时和运行时的过程概览

1.5 CLR

​ CLR 是 .NET 框架的核心组件，位于操作系统的顶层，管理程序的执行，如图 1.5 所示。

图1.5 CLR概览

1.6 CLI

• CLI（Common Language Infrastructure，公共语言基础结构）

  一组 .NET 标准，将 .NET 框架的所有组件连接成一个内聚、一致的系统，详细说明了所有软件都必须遵守的规则和约定，如图 1.6 所示。

图1.6 CLI的组成

• CTS（Common Type System，公共类型系统）

  定义了在托管代码中一定会使用的类型的特征，如

  • 定义了一组丰富的内置类型，及每种类型固有、独有的特性；
  • .NET 兼容编程语言提供的类型，通常映射到 CTS 中已定义的内置类型集的某一个特殊子集；
  • 所有类型都继承 Object；
  • 确保系统类型和用户定义类型能被任何 .NET 兼容的语言所使用。

• CLS（Common Language Specification，公共语言规范）

  详细说明了 .NET 兼容编程语言的规则、属性和行为，包括数据类型、类结构和参数传递。

1.7 各种缩写

图1.7 .NET缩写

1.8 C# 的演化

图1.8 C# 各版本的焦点特性

1.9 C# 和 Windows 的演化（*）