计算机编程语言 | C# 语言浅析

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C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言。并定于在微软职业开发者论坛(PDC)上登台亮相。C#是微软公司研究员Anders Hejlsberg的最新成果。C#看起来与Java有着惊人的相似；它包括了诸如单一继承、接口、与Java几乎同样的语法和编译成中间代码再运行的过程。但是C#与Java有着明显的不同，它借鉴了Delphi的一个特点，与COM（组件对象模型）是直接集成的，而且它是微软公司 .NET windows网络框架的主角。

C#是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。

C#是面向对象的编程语言。它使得程序员可以快速地编写各种基于MICROSOFT .NET平台的应用程序，MICROSOFT .NET提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。

C#使得C++程序员可以高效的开发程序，且因可调用由 C/C++ 编写的本机原生函数，因此绝不损失C/C++原有的强大的功能。因为这种继承关系，C#与C/C++具有极大的相似性，熟悉类似语言的开发者可以很快的转向C#。

一、历史发展

C#是微软公司在2000年6月发布的一种新的编程语言，主要由安德斯·海尔斯伯格（Anders Hejlsberg）主持开发，它是第一个面向组件的编程语言，其源码会编译成msil再运行。它借鉴了Delphi的一个特点，与COM(组件对象模型)是直接集成的，并且新增了许多功能及语法糖，而且它是微软公司.NET windows网络框架的主角。

C#读作C Sharp。最初它有个更酷的名字，叫做COOL。微软从1998年12月开始了COOL项目，直到2000年2月，COOL被正式更名为C#。在1998年，Delphi语言的设计者Hejlsberg带领着Microsoft公司的开发团队，开始了第一个版本C#语言的设计。在2000年9月，国际信息和通信系统标准化组织为C#语言定义了一个Microsoft公司建议的标准。最终C#语言在2001年得以正式发布。

原Borland公司的首席研发设计师安德斯·海尔斯伯格（Anders Hejlsberg）在微软开发了Visual J++ 1.0，很快的Visual J++由1.1版本升级到6.0版。SUN公司认为Visual J++ 违反了Java开发平台的中立性，对微软提出了诉讼。2000年6月26日微软在奥兰多举行的“职业开发人员技术大会”（PDC 2000）上，发表新的语言C#。C#语言取代了Visual J++，语言本身深受 Java、C 和 C++ 的影响。

C#是兼顾系统开发和应用开发的最佳实用语言，并且很有可能成为编程语言历史上的第一个“全能”型语言。看过这篇简史，不要把C#看成年轻后生了——只要是“马拉多纳”，就早晚当“球王”。C#1.0，纯粹的面向对象。 

1998年底，微软正在忙于新一代COM的设计工作，COM一直是组件化开发中非常成功的一种技术；但由于它仅提供了二进制层面上的统一，因此无法将类型信息和用于支持基础平台和开发工具的信息放到组件中，Java逐步走向成熟。微软学习Java的做法，将虚拟机的概念引入到了COM领域；同时，微软提出了“元数据”的概念，用于描述组件的类型信息和工具支持信息，并决定将其放入到组件当中。

1998年12月，微软启动了一个全新的语言项目——COOL，这是一款专门为CLR设计的纯面向对象的语言，也正是本文的主角——C#的前身。 

1999年7月份，微软完成了COOL语言的一个内部版本。 

2000年2月份，微软才正式将COOL语言更名为C#。据说起这个名字是因为C#开发小组的人很讨厌搜索引擎，因此把大部分搜索引擎无法识别的“#”字符作为该语言名字的一部分；还有一种说法是在音乐当中“#”是升调记号，表达了微软希望它在C的基础上更上一层楼的美好愿望——当然这些都只是传说，无从考证。又是历经了一系列的修改，微软终于在2000年7月发布了C#语言的第一个预览版。

二、设计目标

C#旨在设计成为一种“简单、现代、通用”，以及面向对象的程序设计语言，此种语言的实现，应提供对于以下软件工程要素的支持：强类型检查、数组维度检查、未初始化的变量引用检测、自动垃圾收集（Garbage Collection，指一种自动内存释放技术）。软件必须做到强大、持久，并具有较强的编程生产力。此种语言为在分布式环境中的开发提供适用的组件开发应用。

为使程序员容易迁移到这种语言，源代码的可移植性十分重要，尤其是对于那些已熟悉C和C++的程序员而言。对国际化的支持非常重要。C#适合为独立和嵌入式的系统编写程序，从使用复杂操作系统的大型系统到特定应用的小型系统均适用。

三、语言结构

类：

在C#中类的声明与C++和Java很相似。但是，不像C++，C#结构体与类是不支持继承多个父类。但是，与Java相同的是，一个结构体可以实现接口(interface)。Java的关键字import已经被替换成using，它起到了同样的作用。

类可以是抽象的和不可继承的：一个被申明成abstract的类不能被实例化，它只能被用做一个基类，C#关键字lock就像Java关键字final，它申明一个类不是抽象的，但是它也不能被用做另一个类的基类接口：就象在Java中一样，一个接口是一组方法集合的抽象定义。当一个类或结构体实现一个接口的时候，它必须实现这个接口中定义的所有方法。一个单一的类可以实现几个接口，也许以后会出现一些微妙的差别，但是这个特点看起来与Java相比没有变化。

 

在Java中，一个接口是一组方法集合的抽象定义.当一个类或结构体实现一个接口的时候,它必须实现这个接口中定义的所有方法.一个单一的类可以实现几个接口.也许以后会出现一些微妙的差别,但是这个特点看起来与Java相比没有变化。布尔运算:条件表达式的结果是布尔数据类型,布尔数据类型是这种语言中独立的一种数据类型.从布尔类型到其他类型没有直接的转换过程.布尔常量true和false是C#中的关键字.错误处理:如Java中那样,通过抛出和捕捉异常对象来管理错误处理过程.内存管理:由底层.NET框架进行自动内存垃圾回收。

布尔运算：

条件表达式的结果是布尔数据类型，布尔数据类型是这种语言中独立的一种数据类型，从布尔类型到其他类型没有直接的转换过程，布尔常量true和false是C#中的关键字。错误处理：如Java中那样，通过抛出和捕捉异常对象来管理错误处理过程。

内存管理：

由底层.NET框架进行自动内存垃圾回收。一个基本的C#类中包含数据成员、属性、构造器和方法。属性可以是静态或实例成员。

接口：

是其他类型为确保它们支持某些操作而实现的引用类型。接口从不直接创建而且没有实际的表示形式，其他类型必须转换为接口类型。

一个接口定义一个协定。实现接口的类或结构必须遵守其协定。接口可以包含方法、属性、索引器和事件作为成员。

强类型：

C#是一个强类型的语言，它的数值类型有一些可以进行隐式转换，其他的必须显式转换，隐式转换的类型只能是长度短的类型转换成长的类型，int可以转换成long、float、double、decimal，反之必须显式的转换。

编译：

程序直接编译成标准的二进制可执行形式.但C#的源程序并不是被编译成二进制可执行形式，而是一种中间语言(IL)，类似于JAVA字节码。如果前面的Hello World程序被保存成一个文本文件并被命名为Hello.cs，它将被编译成命名Hello.exe的可执行程序。

C#程序不能直接编译成标准的二进制可执行形式，与 Java 类似，它被编译成为中间代码(Microsoft Intermediate Language)，然后通过 .NET Framework 的虚拟机——被称之为通用语言执行层(Common Language Runtime, CLR)——执行。

一个C#的结构体与C++的结构体是相似的,因为它能够包含数据声明和方法.但是,不象C++,C#结构体与类是不同的而且不支持继承.但是,与Java相同的是,一个结构体可以实现接口。

预编译：

C# 中存在预编译指令支持条件编译,警告，错误报告和编译行控制.可用的预编译指令有：#define，#undef，#if，#elif，#else，#endif，#warning，#error，#line。

没有了#include伪指令，无法再用#define 语句对符号赋值,所以就不存在源代码替换的概念--这些符号只能用在#if和#elif伪指令里.在#line伪指令里的数字（和可选的名字）能够修改行号还有#warning和#error输出结果的文件名。

操作符重载：

一些操作符能够被重载，而另一些则不能.特别的是，没有一个赋值运算符能够被重载.能够被重载的单目操作符是：+ - ! ~ ++ -- true false　能够被重载的二元运算符是：+、 - 、*、 /、 %、 &、 |、 ^、 << 、>>、 ==、 !=、 >、 < 、>= 、<=。

类型：

C# 中的类型一共分为两类，一类是值类型(Value Type)，一类是引用类型(Reference Type)。值类型和引用类型是以它们在计算机内存中是如何被分配的来划分的。值类型包括 结构和枚举，引用类型包括类、接口、委托 等。还有一种特殊的值类型，称为简单类型(Simple Type)，比如 byte，int等，这些简单类型实际上是FCL类库类型的别名，比如声明一个int类型，实际上是声明一个System. Int32结构类型。因此，在 Int32类型中定义的操作，都可以应用在int类型上，比如 “123.Equals(2)”。

所有的值类型都隐式地继承自System.ValueType类型(注意System.ValueType本身是一个类类型)，System.ValueType和所有的引用类型都 继承自 System.Object基类。不能显式地让结构继承一个类，因为C#不支持多重继承，而结构已经隐式继承自ValueType。

NOTE：

堆栈(stack)是一种后进先出的数据结构，在内存中，变量会被分配在堆栈上来进行操作。堆(heap)是用于为类型实例(对象)分配空间的内存区域，在堆上创建一个对象，会将对象的地址传给堆栈上的变量(反过来叫变量指向此对象，或者变量引用此对象)。

中间代码：

微软在用户选择何时MSIL应该编译成机器码的时候是留了很大的余地.微软公司很小心的声称MSIL不是解释性的，而是被编译成了机器码.它也明白许多--如果不是大多数的话--程序员认为Java程序要不可避免的比C编写的任何东西都要慢.而这种实现方式决定了基于MSIL的程序（指的是用C#，Visual Basic,"Managed C++"--C++的一个符合CLS的版本--等语言编写的程序）将在性能上超过"解释性的"Java代码.当然，这一点还需要得到事实证明，因为C#和其他生成MSIL的编译器还没有发布.但是Java JIT编译器的普遍存在使得Java和C#在性能上相对相同.象"C#是编译语言而Java是解释性的，"之类的声明只是商业技巧.Java的中间代码和MSIL都是中间的汇编形式的语言，它们在运行时或其它的时候被编译成机器代码。

四、数据类型

基本数据类型：

C#拥有比C/C++或者Java更广泛的数据类型.这些类型是bool、byte、ubyte、short、ushort、int、uint、long、ulong、float、double和decimal，像Java一样，所有这些类型都有一个固定的大小.又像C和C++一样，每个数据类型都有有符号和无符号两种类型.与Java相同的是，一个字符变量包含的是一个16位的Unicode字符，C#新的数据类型是decimal数据类型，对于货币数据，它能存放28位10进制数字。

两个基本类：

一个名叫object的类是所有其他类的基类。而一个名叫string的类也象object一样是这个语言的一部分.作为语言的一部分存在意味着编译器有可能使用它，无论何时在程序中写入一句带引号的字符串，编译器会创建一个string对象来保存它。

参数传递：

方法可以被声明接受可变数目的参数.缺省的参数传递方法是对基本数据类型进行值传递。ref关键字可以用来强迫一个变量通过引用传递，这使得一个变量可以接受一个返回值。out关键字也能声明引用传递过程，与ref不同的地方是，它指明这个参数并不需要初始值。

COM的集成：

C#对Windows程序最大的卖点可能就是它与COM的无缝集成了，COM就是微软的Win32组件技术.实际上，最终有可能在任何.NET语言里编写COM客户和服务器端。C#编写的类可以子类化一个已存在的COM组件;生成的类也能被作为一个COM组件使用，然后又能使用，比方说，JScript语言子类化它从而得到第三个COM组件。这种现象的结果是导致了一个运行环境的产生，在这个环境里的组件是网络服务，可用任何.NET语言子类化。

索引下标：

一个索引与属性除了不使用属性名来引用类成员而是用一个方括号中的数字来匿名引用（就象用数组下标一样）以外是相似的。

代理和反馈：

一个代理对象包括了访问一个特定对象的特定方法所需的信息.只要把它当成一个聪明的方法指针就行了。代理对象可以被移动到另一个地方，然后可以通过访问它来对已存在的方法进行类型安全的调用.一个反馈方法是代理的特例.event关键字用在将在事件发生的时候被当成代理调用的方法声明中。

五、程序执行

C#所开发的程序源代码并不是编译成能够直接在操作系统上执行的二进制本地代码。与Java类似，它被编译成为中间代码，然后通过.NETFramework的虚拟机——被称之为通用语言运行库（CLR）——执行。　所有的.Net编程语言都被编译成这种被称为MSIL（Microsoft Intermediate Language ）的中间代码。因此虽然最终的程序在表面上仍然与传统意义上的可执行文件都具有“.exe”的后缀名。但是实际上，如果计算机上没有安装.Net Framework，那么这些程序将不能够被执行。　在程序执行时，.Net Framework将中间代码翻译成为二进制机器码，从而使它得到正确的运行。最终的二进制代码被存储在一个缓冲区中。所以一旦程序使用了相同的代码，那么将会调用缓冲区中的版本。这样如果一个.Net程序第二次被运行，那么这种翻译不需要进行第二次，速度明显加快。

六、关键字

abstract	as	base	bool	break	byte	case	catch	char	checked
decimal	default	delegate	continue	double	do	else	enum	event	explicit
finally	fixed	float	for	foreach	get	goto	if	implicit	const
in	int	interface	internal	is	lock	long	new	null	object
partial	out	namespace	override	private	ref	readonly	public	return	protected
short	set	stackalloc	sizeof	static	this	struct	throw	try	switch
typeof	uint	unchecked	ulong	unsafe	void	ushort	using	value	virtual
volatile	where	while	yield	class	true	extern	false	sbyte	sealed

部分描述：

abstract：可以和类、方法、属性、索引器及事件一起使用，标识一个可以扩展但不能被实体化的、必须被实现的类或方法。

as：一个转换操作符，如果转换失败，就返回null。

base：用于访问被派生类或构造中的同名成员隐藏的基类成员。

catch：定义一个代码块，在特定类型异常抛出时，执行块内代码。

checked：既是操作符又是语句，确保编译器运行时，检查整数类型操作或转换时出现的溢出。

const：标识一个可在编译时计算出来的变量值，即一经指派不可修改的值。

delegate：指定一个声明为一种委托类型。委托把方法封装为可调用实体，能在委托实体中调用。

enum：表示一个已命名常量群集的值类型。

event：允许一个类或对象提供通知的成员，他必须是委托类型。

explicit：一个定义用户自定义转换操作符的操作符，通常用来将内建类型转换为用户定义类型或反向操作，必须再转换时调用显示转换操作符。

extern：标识一个将在外部（通常不是c#语言）实现的方法。

finally：定义一个代码块，在程序控制离开try代码块后执行。参见try和catch。

fixed：在一个代码块执行时，在固定内存位置为一个变量指派一个指针。

foreach：用于遍历一个群集的元素。

goto：一个跳转语句，将程序执行重定向到一个标签语句。

implicit：一个操作符，定义一个用户定义的转换操作符，通常用来将预定义类型转换为用户定义类型或反向操作，隐式转换操作符必须在转换时使用。

interface：将一个声明指定为接口类型，即实现类或构造必须遵循的合同。

internal：一个访问修饰符。

namespace：定义一个逻辑组的类型和命名空间。

operator：用来声明或多载一个操作符。

out：标识一个参数值会受影响的参数，但在传入方法时，该参数无需先初始化。

params：声明一个参数数组。如果使用，必须修改指定的最后一个参数，允许可选参数。

readonly：标识一个变量的值在初始化后不可修改。

ref：标识一个参数值可能会受影响的参数。

sealed：防止类型被派生，防止方法和property被覆载。

sizeof：一个操作符，以byte为单位返回一个值类型的长度。

stackalloc：返回在堆上分配的一个内存块的指针。

struct：是一种值类型，可以声明常量、字段、方法、property、索引器、操作符、构造器和内嵌类型。

throw：抛出一个异常。

try：异常处理代码块的组成部分之一。try代码块包括可能会，抛出异常的代码。参阅catch和finally关键字。

typeof：一个操作符，返回传入参数的类型。

unchecked：禁止溢出检查。

unsafe：标注包含指针操作的代码块、方法或类。

using：当用于命名空间时，using关键字允许访问该命名空间中的类型，而无需指定其全名。也用于定义finalization操作的范围。

virtual：一个方法修饰符，标识可被覆载的方法。

volatile：标识一个可被操作系统、某些硬件设备或并发线程修改的attribute。

七、版本介绍

C# 1.0-纯粹的面向对象

在2003年5月，微软推出了Visual Studio .NET 2003，同时也发布了C#的改进版本——C# 1.1。

这一时期的C#（以下称为C# 1.x）提出了纯粹的面向对象概念。C++并非纯面向对象的，为了和C兼容以及提供更高的执行效率，它保留了很多模块化的东西。C#还通过类类型、值类型和接口类型的概念形成了统一的类型系统。

尽管C# 1.x提供了如此多的新鲜概念，但实际上，这些概念都是由CLI提出的。因此当将一个C#源程序编译为可执行文件时，编译器做的工作相对而言并不多。需要编译器代劳的是要将一个简单的委托定义语句翻译为一个继承System.MulticastDelegate类型定义。

C# 2.0-泛型编程新概念

微软在2004年的6月份发布了Visual Studio2005的第一个Beta 版，同时向开发者展示了C#语言的2.0版本。2005年4月，微软发布了Visual Studio 2005 Beta2，这已经是具备了几乎全部功能的VisualStudio，包括的产品有SQL Server2005、Team Foundation Server和TeamSuite。这时的C#编译器已经能够处理C# 2.0中所有的新特性。

C# 2.0为开发者带来的最主要的特性就是泛型编程能力。和面向对象思想一样，泛型思想也是一种已经成熟的编程思想，但依然是没有哪一种主流开发语言能够支持完备的泛型概念。这主要是因为泛型的概念在一定程度上对面向对象概念进行冲击，同时，由于在编译期间对类型参数的完全检测很难做到，很多问题会被遗留到运行时。C# 2.0别出心裁，对泛型类型参数提出了“约束”的新概念，并以优雅的语法体现在语言之中。有了约束，结合编译器强大的类型推断能力，可以在编译时发现几乎所有“危险”的泛型应用。

C# 2.0的另一个突出的特性就是匿名方法，用来取代一些短小的并且仅出现一次的委托，使得语言结构更加紧凑。匿名方法除了可以使得事件处理器的编写更加精简以外，还将开发者带入了程序设计的一个新的领域——函数式编程，曾经有高人就用匿名方法结合泛型编程实现了函数式编程中的重要结构—— Lambda 表达式。尽管这种实现显得很繁琐而且不易理解，但毕竟是实现了。

C#3.0-（研发代号“Orcas”）

2005年9 月份的PDC大会——C#3.0（研发代号“Orcas”——魔鬼）的技术预览版。说到C# 3.0，就不得不提一下微软的LINQ 项目，LINQ（语言集成查询，Language Integrated Query）提出了一种通过面向对象语法来实现对非面向对象数据源的查询技术，可查询的数据源从关系型数据库延伸到一般意义上的集合（如数组和列表）以及XML。而C# 3.0则是率先实现了LINQ的语言。

在C# 3.0中，可以用类似于SQL语句的语法从一个数据源中轻松地得到满足一定条件的对象集合。例如要查找一个字符串数组names中所有长度大于5的字符串，就可以写：var longname = from n in names wheren.Length > 5 select n;

这样就得到一个新的字符数组longname，其中包含了所需要的结果。这种语句称作查询语句，与SQL语句唯一的区别是C#中的查询语句往往把select子句放到最后（这反而倒有些类似于中文的阅读顺序了）。初次看到这样一个语句，可能会有很大疑问：这还是C#语言吗？这的确是合乎语法规则的C#代码，而且编译器可以识别这种语法。然而实际上，C#编译器并不会对这种语法进行实际的的编译，而是将其翻译为正常的方法调用。

C# 4.0动态编程

C# 4.0 新增 dynamic关键字，提供动态编程（dynamic programming），把既有的静态物件标记为动态物件，类似javascript, Python 或 Ruby  。

八、发展前景

C#几乎集中了所有关于软件开发和软件工程研究的最新成果：面向对象、类型安全、组件技术、自动内存管理、跨平台异常处理、版本控制、代码安全管理……。尽管像很多人注意到的一样，罗列上述特性时，总是让人想到JAVA，然而C# 确实走得更远。但现实的情况是，非技术的因素往往更能决定一个产品的未来，尤其在计算机软件的历史上，技术卓越的产品，如OS/2、Mac OS、UNIX等，都败在了Windows漂亮的界面上。JAVA的用户主要是网络服务的开发者和嵌入式设备软件的开发者，嵌入式设备软件不是C# 的用武之地，而在网络服务方面，C# 的即时编译和本地代码Cache方案比JAVA虚拟机具有绝对的性能优势。何况C# 一旦成为一个像C++ 一样的公共的标准，软件开发商既可以省去JAVA的许可证费用，也不必担心成为微软的奴隶，那些反微软的人士和主张厂商独立的人士可能也不会有什么意见。这可能正是微软所期待的。

如果把C# 和 JAVA 在网络服务领域的争夺比作未来制空权的争夺，那么C# 和传统通用快速开发工具——VB、DELPHI等的较量将是地地道道的白刃战。可能最惨的程序员就是VB程序员，在微软，VB就像离任的克林顿，不但失去了所有的光辉，而且乱事缠身。 

其实在编程语言中真正的霸主多年来一直是C++，所有的操作系统和绝大多数的商品软件都是用C++作为主要开发语言的。JAVA的程序员绝大多数也是C++的爱好者，PHP的成功里面也有类似C++的语法的功劳。在操作系统、设备驱动程序、视频游戏等领域，C++在很长的时间内仍将占据主要地位，而在数量最大的应用软件的开发上，C# 很可能取代C++的位置。首先，C# 和JAVA一样，简直就是照搬了C++的部分语法，因此，对于数量众多的C++程序员学习起来很容易上手，另外，对于新手来说，比C++要简单一些。其次，Windows是占垄断地位的平台，而开发Windows应用，当然微软的声音是不能忽略的。最重要的是，相对于C++，用C# 开发应用软件可以大大缩短开发周期，同时可以利用原来除用户界面代码之外的C++代码。

但是，C# 也有弱点。首先，在一些版本较旧的Windows平台上，C# 的程序还不能运行，因为C# 程序需要 .NET运行库作为基础，而 .NET运行库作为Windows（XP及以后版本）的一部分发行， Windows Me 和 Windows 2000用户只能以Service Pack的形式安装使用。其次，C# 能够使用的组件或库还只有 .NET 运行库等很少的选择，没有丰富的第三方软件库可用，这需要有一个过程，同时各软件开发商的支持也很重要。第三，JAVA的成功因素里有一些是反微软阵营的吹捧，虽然“只写一次，到处运行”只是一句口号，但毕竟已经是一种成熟的技术。而C# 的鼓吹者只有名声不佳的微软，且只能运行在Windows上。实际上这两种语言都不是不可替代的，理智的说，对软件开发商而言，什么用的最熟什么就是最好的工具。尤其对C++的使用者，C# 没有带来任何新东西，因为.NET运行库在C++中也可以使用，没有要换的绝对的理由。

C# 将不可避免地崛起，在Windows平台上成为主角，而JAVA将在UNIX、Linux等平台上成为霸主，C++ 将继续在系统软件领域大展拳脚。非常有意思的是，这些语言的语法极其接近，因为JAVA和C# 都是由C++发展而来的。其他的开发工具当然还会在相当长的时间里继续他们的旅程，不过在市场份额上，将不可避免地受到冲击。

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