Введение в Microsoft .NET для начинающих (стр. 2 из 3)

Еще один частый вопрос: "Если все .NET-языки могут делать одно и то же, зачем нам много таких языков?" Ответ надо искать в том, что программисты — это люди, которые редко отказываются от своих привычек. Microsoft, конечно, стремится выделить из множества языков какой-то один и навязать его миллионам программистов, имеющим многолетний опыт работы с другими языками. Мало того, что разработчику нужно познакомиться с новым API, ему придется еше освоить совершенно другой синтаксис. Пусть уж разработчик продолжает писать на том языке, который лучше всего подходит для его задачи. Как никак, наша главная цель — производительность. А замена того, что не должно меняться, — не то, к чему мы должны стремиться.

ПРИМЕЧАНИЕ В идеале библиотеки классов .NET Framework открывают пользователям языка все функциональные возможности CLR, однако на самом деле так бывает не всегда. Камнем преткновения между разработчиками библиотек классов .NET Framework и разработчиками компиляторов является то, что первые хотя и попытались открыть для любых языков все функциональные возможности библиотек классов, последних все-таки ничто не обязывает делать реализацию каждой такой возможности (не пренебрегая, правда, минимальными стандартами CLS). Когда я спросил в Microsoft об этом противоречии, мне ответили, что вряд ли каждый язык будет иметь доступ ко всем функциональным возможностям .NET Framework, поскольку каждая бригада разработчиков компиляторов вправе реа^ лизовать только те, что они считают самыми нужными для своих пользователей. К нашему счастью, С# — поидимому, тот язык, в котором имеется интерфейс практически ко всем функциональным возможностям .NET Framework.

Microsoft Intermediate Language икомпиляторы JITter

Дляоблегченияпереводаязыковвсреду .NET в Microsoft разработанпромежуточныйязык — Microsoft Intermediate Language (MSIL). Чтобы откомпилировать приложение для .NET, компиляторы берут исходный код и создают из него MSIL-код. MSIL — это полноценный язык, пригодный для написания приложений. Однако, как в случае с ассемблерным языком, вам вряд ли придется этим заниматься, кроме каких-то особых обстоятельств. Каждая группа разработчиков компилятора решает, в какой мере он будет поддерживать MSIL. Но если создатели компиляторов захотят, чтобы их язык полноценно взаимодействовал с другими языками, им придется ограничить себя рамками, определяемыми спецификациями CLS.

Результатом компиляции приложения, написанного на С# или другом языке, который отвечает правилам CLS, является MSIL-код. Потом, при первом запуске приложения в среде CLR, MSIL-код компилируется в машинные команды, специфичные для данного процессора. (На самом деле компилируются только функции, вызываемые впервые.)

Поскольку мы все пока новички в этой технологии, а книга наша посвящена С#, посмотрим по порядку, что же происходит с кодом.

Вы пишете исходный код на С#.

Затем вы компилируете его с помощью компилятора языка С# в ЕХЕ-файл.

Компилятор создает MSIL-код и помещает в раздел "только-на-чте-ние" выходного файла стандартный РЕ-заголовок (признак машино-независимой выполняемой программы для Win32). Пока все хорошо. Но здесь появляется очень важная деталь: при создании выходного файла компилятор импортирует из CLR функцию _CorExeMain.

Когда приложение начинает выполняться, ОС загружает этот РЕ (впрочем, как и обычный РЕ), а также все нужные DLL, в частности, библиотеку, которая экспортирует функцию _CorExeMain (mscoree.dll).

Загрузчик ОС выполняет переход в точку входа РЕ, устанавливаемую компилятором. Это ничем не отличается от процедуры загрузки в Windows любого другого РЕ.

Однако так как ОС не в состоянии выполнить MSIL-код, то фактически в точке входа содержится заглушка, в которой установлена команда перехода к функции jCorExeMain из mscoree.dll.

Функция JCorExeMain переходит к выполнению MSIL-кода, помещенного в РЕ.

Так как MSIL-код не может быть выполнен непосредственно (ведь это не машинный код), CLR компилирует его с помощью оперативного (just-in-time, или JIТ) компилятора (его еще называют JITter) в команды процессора. Эта компиляция выполняется только для непосредственно вызываемых методов программы. Откомпилированный выполняемый код сохраняется на машине и перекомпилируется только в случае изменения исходного кода. Для преобразования MSIL в настоящий машинный код можно применить один из следующих JIТ-компиляторов.

Генератор кода при установке (Install-time code generation) Выполняет компиляцию всей сборки в двоичный код, специфичный для данного процессора, подобно тому, как это делает компилятор С#. Сборка (assembly) — это комплект модулей кода, посылаемый компилятору. (О сборках подробнее я расскажу ниже в разделе "Развертывание".) Эта компиляция выполняется в ходе установки, когда обработка Сборки ЛТ-компилятором меньше всего заметна для конечного пользователя. Достоинство этого типа генерации двоичного кода в том, что компиляция всей сборки выполняется один раз еще до запуска приложения. Поскольку код скомпилирован, то о потере производительности при первом вызове метода приложения можно не беспокоиться. Это аналогично тому, как квартиросъемщик, чтобы каждый месяц не болела голова, где взять деньги на очередную выплату, платит вперед сразу за весь период. Вопрос о целесообразности применения этой утилиты решается в зависимости от размера конкретной системы и среды, в которой происходит ее развертывание. Если вы, как это часто бывает, собираетесь создать для своей системы установочное приложение, используйте этот ЛТ-компилятор, чтобы у пользователя была уже полностью оптимизированная версия системы "с иголочки".

JIT Стандартный JITter, вызываемый при выполнении приложения каждый раз для впервые активизируемого метода (в порядке, описанном выше). Это напоминает плату в намеченный срок. Данный режим работает по умолчанию, если вы не запускаете явно компилятор РrеJIТ.

EconoJIT Включается во время выполнения приложения и предназначен специально для систем, которые имеют ограниченные ресурсы, например, для портативных устройств с малым размером памяти. Основное отличие этого компилятора от обычного JITter — в объединении кодовых фрагментов (code pitching). Благодаря разбивке кода на фрагменты EconoJIT может удалить сгенерированный (т. е. откомпилированный) код, если памяти для запуска системы недостаточно. Достоинство этого компилятора в экономии памяти, а недостаток в том, что если фрагментированный код загружается вновь, он должен быть опять перекомпилирован как код, который еще никогда не вызывался.

Унифицированная система типов

Одна из ключевых черт любой среды разработки — ее система типов. Если среда разработки имеет небольшой выбор типов или ограничивает возможность программиста добавлять свои типы, то такая среда проживет недолго. CLR не только предоставляет разработчику единую унифицированную систему типов, доступную для всех CLS-совместимых языков, но и позволяет создателям языков расширять систему типов путем добавления новых типов, по виду и поведению ничем не отличающихся от встроенных типов. Это означает, что разработчик может работать со всеми типами единообразно независимо от того, стандартные это типы или вновь созданные. Подробнее о системе типов и ее поддержке компилятором С# см. главу 4.

Метаданные и отражение

Как уже говорилось в разделе "Microsoft Intermediate Language и компиляторы JITter", CLS-совместимые компиляторы создают из вашего исходного кода MSIL-код, подлежащий компиляции (с помощью ЛТ-ком-пиляторов) перед своим выполнением. Помимо перевода исходного кода в MSIL-последовательность, CLS-совместимые компиляторы выполняют и другую столь же важную задачу: внедрение метаданных в выходной ЕХЕ-файл.

Метаданные (metadata) — это данные описывающие другие данные. В нашем контексте — это набор программных элементов ЕХЕ-файла, таких как типы и реализации методов. Не правда ли, звучит знакомо? Эти метаданные похожи на библиотеки типов (typelib), генерируемые компонентами Component Object Model (COM). Метаданные, порождаемые .NET-компилятором, как правило, не только намного выразительнее и полнее, чем библиотеки типов СОМ, к которым мы успели привыкнуть. Метаданные также всегда внедрены в ЕХЕ-файл. Благодаря этому исключены случайные потери метаданных приложения и рассогласование файлов.

Причина использования метаданных очевидна. Благодаря этой технологии CLR узнает, какие во время выполнения потребуются типы и какие методы должны быть вызваны. Это дает среде возможность выполнить должную настройку для более эффективного выполнения приложения. Механизм запроса метаданных называется отражением (reflection). Библиотеки классов .NET Framework имеют целый набор методов отражения, позволяющих любому приложению (и не только CLR) запросить метаданные другого приложения.

Такие инструменты, как Visual Studio.NET, используют методы отражения для реализации средств подобных IntelliSense. При наличии Inte-lliSense вы, набирая имя метода, видите на экране всплывающий список с аргументами этого метода. Visual Studio.NET дополняет это средство, показывая еще и все члены типа. Об API отражения см. главу 15.

Еще один чрезвычайно полезный .NET-инструмент, использующий преимущество отражения, — Microsoft .NET Framework IL Disassembler (ILDASM). Эта мощная утилита выполняет синтаксический разбор метаданных выбранного приложения, а затем отображает информацию о нем в виде дерева. Вот как выглядит приложение "Hello, World" на С# в ILDASM (рис. 2-1):

Рис 2.1. Приложение С# "Hello, World!", отображенное в ILDASM.

На втором плане — главное окно IL Disassembler. Если дважды щелкнуть метод Main в иерархическом дереве, на переднем плане появится окно, отображающее подробности метода Main.