Platforma.NET 4. hodina dnes to bude ideologické

Transkript

1 Platforma.NET 4. hodina dnes to bude ideologické Aleš Keprt říjen 2006

2 Doporučená literatura 1. Duffy J. Professional.NET Framework 2.0. Wrox Press, Wikipedia.NET Framework

3 Historie Win32 API (Windows NT 1993) Java Visual Basic.NET Framework (Visual Studio.NET 2002) Programovací platforma vládne max 10 let. C ( a předtím Pascal) C# Nutno chápat jako přibližný odhad

4 Nejstručnější vysvětlení.netu Dotnet je něco jako Java. Základy platformy jsou stejné jako u Javy Je to od Microsoftu Umožňuje to různé programovací jazyky Je to jen (nebo hlavně) pro Windows

5 Co.NET řeší Programování přímo pro Win32 API je složité C a C++ jsou již zastaralé nízkoúrovňové jazyky Např. Visual Basic nebo Delphi jsou modernější Nový trend: www stránky nikdo nedělá v C++ Win32 API potřebuje i COM to je také složité Doba pokročila, počítače jsou rychlejší Můžeme nechat víc práce na počítač a méně práce na programátory použijeme vyšší programovací jazyky Objektově orientované paradigma vládne světu Windows ani Unix/Linux nejsou objet.orientované Složitost op.systémů si žádá objektové nadstavby

6 Programovací jazyky v.netu Proč používáme nejvíc C#: Je to jediný jazyk přímo vyvinutý pro.net Další jazyky: C++/CLI Teprve od roku 2005, vhodné pro staré aplikace Umožňuje nízkoúrovňové a nativní programování Visual Basic 7,8,9 Z Basicu 6 zbyl jen název... J# = Java pro.net Asi nejpodobnější původnímu jazyku Podporována jen hodně stará verzi knihovny JDK

7 Dva praktické body 1. GUI V C++ rozumně nedají dělat GUI aplikace Jde to, ale je to tak pracné, že to trvá roky Je potřeba objektové rozhraní jednodušší a tedy rychlejší tvorba GUI Navíc Win32 API a GDI umí jen základní grafiku.net umí mnohem víc, i 3D grafiku v oknech 2. Web Většina programů jsou dnes webové stránky Hodně se používají relační databáze Převládají skriptovací jazyky Jen máloco je horší než C++ pro www stránky

8 Technický bod Win32 tu nebude věčně Má problémy ovládat RAM nad 3GB Win64 potřebuje jiné 64bitové exáče.net má jednotné exáče Fungují i v Linuxu (zadáte mono program.exe) V roce 2100 pořád může.net fungovat, ale Win32 EXE nepůjde spustit Poznámka: Kdyby Microsoft nešel touto cestou, zřejmě by jej převálcoval Sun a jeho Java.

9 Jednotné exáče? Java běží interpretovaně v JVM Programy v.net jsou překládané až při spuštění a běží v CLR CLR = Common Language Runtime Čili de facto stejný princip jako Java, jen je to rychlejší při běhu (JVM má starší design) EXE soubor obsahuje kód v IL C++ Asm Link Nativní EXE Run C# IL Link EXE Run JIT Nativní

10 .NET řeší i další problémy DLL hell Totální chaos ve verzích DLL souborů Nulová bezpečnost systému Microsoft vynaložil miliony USD na dočasná řešení tohoto problému ve Widows 2000 a XP COM deklarace na více místech Registrace komponenty v systému je jedno místo, samotná komponenta v souboru je zvlášť Často se rozhodní verze komponenty a registru Příklad: kodeky Windows Media Playeru = peklo Různé znakové sady unicode

11 Knihovny.NET má mnoho knihoven BCL (Base Class Library) ADO.NET ASP.NET XML Windows Forms aj. Dobrá knihovna je důležitější než samotný jazyk! Proto nedebatujeme o tom, který jazyk je lepší

12

13 Co je důležitější? C++ Assembler Delphi Bezpečnost vs. Rychlost (bezchybnost) (praktičnost).net Java

14 Common Type System Všechny jazyky používají CTS (plus své typy) CTS je 100% bezpečný Neexistuje nic jako pointer na neznámou paměť Neexistuje nic jako chyba přístupu do paměti Chyby nemohou nastat záměrně, ani omylem Pozn. Kontrolu typové bezpečnosti lze vypnout Např. C# pak umí a zná i klasické poinetry * & Kód je pak rychlejší, ale nebezpečný CTS má vlastně dva režimy: safe a unsafe

15 Metadata Metadata = data o datech Data poskytují informace o sobě Vždy lze zjsitit, s jakým typem pracujeme a jaké ma další vlastnosti (atributy) Atributy jsou například: const, unsigned apod. Toto je zásadní plus oproti COM programování

16 Vsuvka každý jazyk je jiný Každý jazyk má jiný typový systém Přesto všechny mohou běžet v rámci CTS Díky CTS se rozdíly mezi jazyky často smazávají Vlastnosti C#: Převážně imperativní a objektově orientovaný Převážně staticky typovaný Částečně také funkcionální Funkce vyššího řádu, uzávěry, lambda výrazy, typová inference

17 Důsledek typové bezpečnosti CTS Nemůže nastat buffer overflow Viry nemají šanci Nemůže se omylem něco zapsat do paměti Už není pravda, že proces má nějakou svou lokální paměť a do ní si může zapisovat, co chce Klasická paměť (bajty) už vlastně neexistuje Máme jen objekty a pracovat můžeme jen s objekty Nelze přetypovat objekt na blok paměti a podívat se, co tam je

18 Statické a dynamické typování Statické kontrola typů při překladu Podporuje brzké odhalování chyb v programech Programy běží rychleji Dynamické kontrola typů při běhu Umožňuje napsat věci, které by jinak nešly Programy mají kratší zdrojáky C++ používá hlavně statické typování Scheme používá hlavně dynamické typování CTS (pochopitelně) umožňuje obojí Ideální jazyky nabízejí obojí i programátorům

19

20 Typy Všechno je System.Object Typy se dělí na dvě základní skupiny: Referenční class, interface Hodnotové struct, enum, primitivní typy (čísla) Jsou potomkem System.ValueType Struct nemůže obsahovat konstruktor bez parametrů Ani jeho složky nemohou mít výchozí hodnoty Struct nemůže dědit jinou třídu než ValueType Může ale implementovat rozhraní Doporučení pro vaše typy: Dejte přednost deklaraci typu na bázi class Deklarace typu struct většinou není přínosem

21 Kolik to má bajtů? Struct má přesně tolik bajtů, kolik je dat Zjištění délky struktury: Je to unsafe operace Operátor sizeof(typ) Nutno uzavřít do bloku unsafe Funkce Marshal.SizeOf(Type) Nutno mít permisi na spouštění unsafe kódu CLR umožňuje ovlivnit pořadí součásti struktury v paměti Velikost referenčních typů nelze zjistit (ani v bloku unsafe) Počítejte minimálně 4 8 bajtů navíc A ještě víc na 64bitových platformách

22 Boxing a unboxing Mechanizmus sjednocení typů vše je objekt Boxing = zabalení hodnoty do objektu Unboxing = vybalení boxované hodnoty Na co je to potřeba: Na hodnotách nelze volat virtuální metody Hodnoty nelze ukládat do kolekcí či polí S výjimkou generických (od verze.net 2.0) C# (i další jazyky) provádí boxování automaticky object o = 3; int a = (int)o; Boxované hodnoty nelze měnit!

23 null Klíčové slovo null je beztypová objektová nula Hodnotový typ nemůže nabýt hodnoty null Od verze.net 2.0: System.Nullable<T> Umožňuje přiřazovat null do hodnotových typů Sám je také hodnotovým typem(!) Pozor! Funguje se zvláštní podporou v CLR C# nabízí otazníkovou syntaxi int? a = null; int b = a?? 2;

24 Ještě k boxování Hodnotové typy nemají tabulku metod Volání potřebující tabulku metod fungují pomocí boxování Hodnota se boxuje a na ní se volá daná metoda Boxování Nullable<T>: Při HasValue==true se převede na bázový typ int? a = 3; a.gettype() System.Int32, nikoliv Nullable<Int32> Při HasValue==false se převede na null int? a = null; a.gettype() NullReferenceException

25 Přístup k součástem programu Programy se dělí na assembly Většinou jeden EXE/DLL = assembly Jedno assembly může být i ve více souborech Můžeme určit, které součásti (třídy, metody apod.) budou vidět a kým Z C++ známe modifikátory public/protected/private C# má další modifikátory, také pro třídy CLR má ještě další modifikátory

26 Možnosti přístupu Public Volně přístupné pro všechny Private Omezuje přístup na oblast vlastní třídy Platí jen pro součásti tříd Family (C# protected) Omezuje přístup na vlastní třídu a potomky v dědičnosti Platí jen pro součásti tříd Assembly (C# internal) Omezuje přístup na vlastní assembly Family or Assembly (C# protected internal) Umožňuje přístup jako family a celému svému assembly Family and Assembly (C# nepodporuje) Omezuje přístup na family a jen v rámci assembly

27 Součásti typů Každý typ může mít součásti: Vnořené typy Konstruktory Metody Fieldy (česky proměnné) Property (tady ani český termín není ) Události

28 Vnořování typů Typ může být deklarován uvnitř jiného typu class A { class B { } } Toto je stejné jako v C++ Vnitřní typ má přístup k private součástem vnějšího typu a k protected součástem v rámci typové hierarchie vnějšího typu Toto je nečekaně také stejné jako v C++

29 Fieldy Prostě proměnné (stejné jako v C++) Mohou být statické jedinečné v rámci aplikační domény (ekvivalent procesu) Jednoduše řečeno: společné pro všechny instance Modifikátory: Readonly = možno nastavit jen v konstruktoru Static literal (C# const) = pravé konstanty Referenční typy z principu nemohou být konstanty

30 Metody Kód programu se dá zapsat jedině do metody Existují i speciální metody (konstruktory apod.) Metody nikoho nepřekvapí známe je z C++ Mohou být statické (pak nemají this) Mohou mít lokální proměnné též známe z C++ Mohou být přetížené Přetížené = stejný název, různé parametry Neexistují výchozí hodnoty u parametrů Lze to simulovat přetížením Proměnlivý počet parametrů: CTS jej nativně podporuje C# jej nepodporuje nutno použít pole (param array)

31 Předávání parametrů metodám CTS podporuje dva způsoby (první je výchozí): Pass-by-value = pass-by-copy Hodnota se okopíruje Reference se okopíruje a ukazuje na stejný objekt Pass-by-reference Vytvoří se reference na hodnotu Vytvoří se reference na referenci(!!!) C# umožňuje i specificky výstupní parametry (out)

32 Výjimky CLR nativně nepodporuje bloky ve stylu { } Bloky try-catch-finally jsou přeloženy do handlerů výjimek Jsou to samostatné části kódu v každé metodě Každý handler má označený offset kódu, pro který platí Výhodou tohoto řešení je velmi rychlý běh programu (Proč? Téma k vlastnímu zamyšlení.)

33 Konstruktory Hodnotové typy jsou vždy nulovány Můžete definovat konstruktor s parametry Ale nelze zajistit, že bude zavolán(!) Čili hodnota může vzniknout i bez konstruktoru(!!) Referenční typy vždy mají nějaký konstruktor CTS nevyžaduje volání konstruktoru předka C# to ale vyžaduje Princip zřetězení konstruktorů (pomocí base a this) Výchozí hodnoty proměnných CTS nepodporuje Překladač C# to přeloží tak, že vloží inicializaci do kódu všech koncových konstruktorů Pozor! Výjimka v konstruktoru mine Dispach

34 Kdy je volán statický konstruktor?

35 Volání statického konstruktoru CTS volá statický konstruktor kdykoliv před prvním použitím třídy Současná implementace jej volá co nejpozději Toto je velmi výhodné (ve srovnání s C++) Program může sám vyžádat zavolání statického konstruktoru System.Runtime.CompilerServices.RuntimeHelpers. RunClassConstructor(typeof(T).TypeHandle);

36 Property CTS nezná žádné property překvapení? Property jsou syntaktický cukr na úrovni metadat Fyzicky to pochopitelně musí být metody s příslušným atributem Indexer je v C# zvláštní typ property V CTS je to výchozí metoda objektu Může být přetížený

37 Pozor na přetypování Koerce u hodnotových typů Vždy vytváříme novou instanci! Příklad: (double)34 Přetypování u referenčních typů Operátor as (C#) nikdy nevytváří novou instanci Příklad: this as object Neplatné přetypování vrací null Operátor op_explicit (kulaté závorky v C#) Může volat přetíženou implementaci operátoru Toto někdy může vytvořit novou instanci Neplatné přetypování vyvolá InvalidCastException

38 Abstraktní třídy Abstraktní metoda abstraktní třída Obrácená implikace ale neplatí! CTS pro ně má zvláštní model dědičnosti Dědí jen signatury, nikoli implementace Fyzicky je to stejné jako u rozhraní

39 Pozor na rozhraní Třída má má jen jednu tabulku metod pro implementované rozhraní interface Rozhraní { int něco(); } class Předek : Rozhraní { public int něco() { return 1; } } class Potomek : Předek,Rozhraní { public int něco() { return 2; } } int Testuj(Potomek p) { return p.něco() (p as Rozhraní).něco(); }

40 Jmenné prostory (namespace) CTS nezná jmenné prostory překvapení? Každý jazyk to může implementovat po svém Překladač jazyka musí všechny lokální názvy nahradit celými jmény

41 Pár poznámek k delegátům Delegáty jsou v CLR velmi složitě implementované V C# vidíme jen špičku ledovce (díky bohu ) Nativní delegát (System.Delegate) umí odkazovat jen na jeden cíl C# používá System.MulticastDelegate, ten obsahuje seznam obyčejných delegátů Volání delegátů probíhá dynamicky Tím je mimochodem umožněna kontravariance vstupů a kovariance výstupů a je to o poznání pomalejší než pointery v C++

42 a ještě k delegátům Anonymní metody nemají podporu v CTS C# je překládá jako samostatné metody Nejsložitější je podpora vnějších proměnných Tím vzniká podpora pro uzávěry A ty jsou opět podporovány v C#, ale ne přímo v CTS (CTS prostě jen umožňuje toto vše naimplementovat) Poznámka: V Javě toto nejde udělat

43 Atributy Pozor! Proměnné nejsou atributy!!! Proměnná = field Atribut = doplňující informace Může být připojen k libovolné entitě programu Můžeme definovat i vlastní atributy Problematika atributů je extrémně složitá Vrátíme se k tomu později V C# se atributy používají pomocí závorek [ ] Příklady atributů jsou v souboru AssemblyInfo.cs

44 Výčtové typy (enum) Výčtový typ je seznam pojmenovaných hodnot nad nějakým bázovým číselným typem Čili je to číslo + atributy Je to tedy hodnotový typ Atribut [Flags] umožňuje bitové kombinace Povolí používání bitových operátorů K dispozici jsou šikovné statické metody: GetValues vrací seznam definovaných hodnot IsDefined testuje, zda je hodnota definována Do enumu totiž lze vložit libovolné číslo Parse převede jméno hodnoty na hodnotu Zde je problém s překladem do cizích řečí

45 Konec přednášky