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.NET面試經典三問:什么是.NET?什么是.NET Framework?什么是.NET Core?-LMLPHP

什么是.NET?什么是.NET Framework?

本文將從上往下,循序漸進的介紹一系列相關.NET的概念,先從類型系統開始講起,我將通過跨語言操作這個例子來逐漸引入一系列.NET的相關概念,這主要包括:CLS、CTS(CLI)、FCL、Windows下CLR的相關核心組成、Windows下托管程序運行概念、什么是.NET Framework,.NET Core,.NET Standard及一些VS編譯器相關雜項和相關閱讀鏈接。完整的從上讀到下則你可以理解個大概的.NET體系。

但畢竟.NET系統很龐大,本文篇幅有限,所以在部分小節中我會給出延伸閱讀的鏈接,在文章結尾我給出了一些小的建議,希望能對需要幫助的人帶來幫助,最后就是求個三連,你們的支持是我更新的最大動力。

目錄

  • .NET和C#是什么關系?

  • 跨語言和跨平臺是什么?

  • 什么是跨語言互操作,什么是CLS?

  • CLS異常

  • 什么是CTS?

.NET和C#是什么關系

語言,是人們進行溝通表達的主要方式。編程語言,是人與機器溝通的表達方式。不同的編程語言,其側重點不同。有的編程語言是為了科學計算而開發的,所以其語法和功能更偏向于函數式思想。有些則是為了開發應用程序而創立的,所以其語法和功能更為均衡全面。

微軟公司是全球最大的電腦軟件提供商,為了占據開發者市場,進而在2002年推出了Visual Studio(簡稱VS,是微軟提供給開發者的工具集) .NET 1.0版本的開發者平臺。而為了吸引更多的開發者涌入平臺,微軟還在2002年宣布推出一個特性強大并且與.NET平臺無縫集成的編程語言,即C# 1.0正式版。

所以只要是.NET支持的編程語言,開發者就可以通過.NET平臺提供的工具服務和框架支持便捷的開發應用程序。

C#就是為宣傳.NET而創立的,它直接集成于Visual Studio .NET中,VB也在.NET 1.0發布后對其進行支持, 所以這兩門語言與.NET平臺耦合度很高,并且.NET上的技術大多都是以C#編程語言為示例,所以經常就.NET和C#混為一談(實質上它們是相輔相成的兩個概念)。
而作為一個開發者平臺,它不僅僅是包含開發環境、技術框架、社區論壇、服務支持等,它還強調了平臺的跨語言、跨平臺編程的兩個特性。

什么是跨語言和跨平臺

跨語言:即只要是面向.NET平臺的編程語言((C#、Visual Basic、C++/CLI、Eiffel、F#、IronPython、IronRuby、PowerBuilder、Visual COBOL 以及 Windows PowerShell)),用其中一種語言編寫的類型可以無縫地用在另一種語言編寫的應用程序中的互操作性。

跨平臺:一次編譯,不需要任何代碼修改,應用程序就可以運行在任意有.NET框架實現的平臺上,即代碼不依賴于操作系統,也不依賴硬件環境。

什么是跨語言互操作,什么是CLS?

每門語言在最初被設計時都有其在功能和語法上的定位,讓不同的人使用擅長的語言去干合適的事,這在團隊協作時尤為重要。

.NET平臺上的跨語言是通過CLS這個概念來實現的,接下來我就以C#和VB來演示 什么是.NET中的跨語言互操作性。

通俗來說,雖然c#和vb是兩個不同的語言,但此處c#寫的類可以在vb中當做自家寫的類一樣正常使用。

比如我在vb中寫了一個針對String的首字母大寫的擴展方法,將其編譯后的dll引用至C#項目中。

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在C#項目中,可以像自身代碼一樣正常使用來自vb這個dll的擴展方法。

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現在有那么多面向對象語言,但不是所有編程語言都能這樣直接互操作使用,而.NET平臺支持的C#和VB之所以能這樣無縫銜接,先讀而后知,后文將會介紹緣由。不過雖然.NET平臺提供了這樣一個互操作的特性,但終究語言是不一樣的,每個語言有其特色和差異處,在相互操作的時候就會難免遇到一些例外情況。

比如我在C#中定義了一個基類,類里面包含一個公開的指針類型的成員,我想在vb中繼承這個類,并訪問這個公開的成員。

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但是vb語言因為其定位不需要指針,所以并沒有C#中如int*這樣的指針類型,所以在vb中訪問一個該語言不支持的類型會報錯的,會提示:字段的類型不受支持。

再比如,C#語言中,對類名是區分大小寫的,我在C#中定義了兩個類,一個叫BaseBusiness,另一個叫baseBusiness。我在vb中去繼承這個BaseBusiness類。

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如圖,在vb中訪問這個類會報錯的,報:"BaseBusiness"不明確,這是因為在vb中對類名是不區分大小寫的。在vb中,它認為它同時訪問了兩個一模一樣的類,所以按照vb的規則這是不合理的。那么為了在vb調用c#的程序集中避免這些因語言的差異性而導致的錯誤,在編寫c#代碼的時候 就應該提前知道vb中的這些規則,來應付式的開發。

但是,如果我想不僅僅局限于C#和VB,我還想我編寫的代碼在.Net平臺上通用的話,那么我還必須得知道.NET平臺支持的每一種語言和我編寫代碼所使用的語言的差異,從而在編寫代碼中避免這些。

這幾年編程語言層出不窮,在將來.NET可能還會支持更多的語言,如果說對一個開發者而言掌握所有語言的差異處這是不現實的,所以.NET專門為此參考每種語言并找出了語言間的共性,然后定義了一組規則,開發者都遵守這個規則來編碼,那么代碼就能被任意.NET平臺支持的語言所通用。
而與其說是規則,不如說它是一組語言互操作的標準規范,它就是公共語言規范 - Common Language Specification ,簡稱CLS

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CLS從類型、命名、事件、屬性、數組等方面對語言進行了共性的定義及規范。這些東西被提交給歐洲計算機制造聯合會ECMA,稱為:共同語言基礎設施。

就以類型而言,CLS定義了在C#語言中符合規范的類型和不符合的有:

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當然,就編碼角度而言,我們不是必須要看那些詳略的文檔。為了方便開發者開發,.NET提供了一個特性,名叫:CLSCompliantAttribute,代碼被CLSCompliantAttribute標記后,如果你寫的代碼不符合CLS規范的話,編譯器就會給你一條警告。

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值得一提的是,CLS規則只是面向那些公開可被其它程序集訪問的成員,如public、繼承的protected,對于該程序集的內部成員如Private、internal則不會執行該檢測規則。也就是說,所適應的CLS遵從性規則,僅是那些公開的成員,而非私有實現。

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那么有沒有那種特殊情況,比如我通過反射技術來訪問該程序集中,當前語言并不擁有的類型時會發生什么情況呢?

答案是可以嘗試的,如用vb反射訪問c#中的char*指針類型,即使vb中沒有char*這種等價的指針類型,但mscorlib提供了針對指針類型的 Pointer 包裝類供其訪問,可以從運行時類攜帶的類型名稱看到其原本的類型名。

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可以看到,該類中的元素是不符合CLS規范的。

CLS異常

提到特殊情況,還要說的一點就是異常處理。.NET框架組成中定義了異常類型系統,在編譯器角度,所有catch捕獲的異常都必須繼承自System.Exception,如果你要調用一個 由不遵循此規范的語言 拋出其它類型的異常對象(C++允許拋出任何類型的異常,如C#調用C++代碼,C++拋出一個string類型的異常),在C#2.0之前Catch(Exception)是捕捉不了的,但之后的版本可以。
在后續版本中,微軟提供了System.Runtime.CompilerServices.RuntimeWrappedException異常類,將那些不符合CLS的包含Exception的對象封裝起來。并且可以通過RuntimeCompatibilityAttribute特性來過濾這些異常。

RuntimeWrappedException

那么,這個段落總結一下,什么是CLS呢?

在面向.NET開發中,編寫跨語言組件時所遵循的那些共性,那些規范就叫做 Common Langrage Specification簡稱 CLS,公共語言規范

官方CLS介紹

什么是CTS?

如果理解了什么是CLS的話,那么你將很輕松理解什么是CTS。
假設你已經圍繞著封裝 繼承 多態 這3個特性設計出了多款面向對象的語言,你發現大家都是面向對象,都能很好的將現實中的對象模型表達出來。除了語法和功能擅長不同,語言的定義和設計結構其實都差不多一回事。

比如,現實中你看到了一輛小汽車,這輛車里坐著兩個人,那么如何用這門語言來表達這樣的一個概念和場面?
首先要為這門語言橫向定義一個“類型”的概念。接下來在程序中就可以這樣表示:有一個汽車類型,有一個人類型,在一個汽車類型的對象內包含著兩個人類型的對象,因為要表達出這個模型,你又引入了“對象”的概念 。而現在,你又看到,汽車里面的人做出了開車的這樣一個動作,由此你又引入了“動作指令”這樣一個概念。
接著,你又恍然大悟總結出一個定理,無論是什么樣的“類型”,都只會存在這樣一個特征,即活著的 帶生命特征的(如人) 和 死的 沒有生命特征的(如汽車) 這兩者中的一個。最后,隨著思想模型的成熟,你發現,這個“類型”就相當于一個富有主體特征的一組指令的集合。
好,然后你開始照葫蘆畫瓢。你參考其它程序語言,你發現大家都是用class來表示類的含義,用struct表示結構的含義,用new來表示 新建一個對象的含義,于是,你對這部分功能的語法也使用class和new關鍵字來表示。然后你又發現,他們還用很多關鍵字來更豐富的表示這些現實模型,比如override、virtual等。于是,在不斷的思想升級和借鑒后,你對這個設計語言過程中思想的變化仔細分析,對這套語言體系給抽象歸納,最終總結出一套體系。

于是你對其它人這樣說,我總結出了一門語言很多必要的東西如兩種主要類別:值類別和引用類別,五個主要類型:類、接口、委托、結構、枚舉,我還規定了,一個類型可以包含字段、屬性、方法、事件等成員,我還指定了每種類型的可見性規則和類型成員的訪問規則,等等等等,只要按照我這個體系來設計語言,設計出來的語言它能夠擁有很多不錯的特性,比如跨語言,跨平臺等,C#和VB.net之所以能夠這樣就是因為這兩門語言的設計符合我這個體系。

那么,什么是CTS呢?

當你需要設計面向.Net的語言時所需要遵循一個體系(.Net平臺下的語言都支持的一個體系)這個體系就是CTS(Common Type System 公共類型系統),它包括但不限于:

  • 建立用于跨語言執行的框架。

  • 提供面向對象的模型,支持在 .NET 實現上實現各種語言。

  • 定義處理類型時所有語言都必須遵守的一組規則(CLS)。

  • 提供包含應用程序開發中使用的基本基元數據類型(如 Boolean、Byte、Char 等)的庫。

上文的CLS是CTS(Common Type System 公共類型系統)這個體系中的子集。
一個編程語言,如果它能夠支持CTS,那么我們就稱它為面向.NET平臺的語言。

官方CTS介紹

微軟已經將CTS和.NET的一些其它組件,提交給ECMA以成為公開的標準,最后形成的標準稱為CLI(Common Language Infrastructure)公共語言基礎結構。
所以有的時候你見到的書籍或文章有的只提起CTS,有的只提起CLI,請不要奇怪,你可以寬泛的把他們理解成一個意思,CLI是微軟將CTS等內容提交給國際組織計算機制造聯合會ECMA的一個工業標準。

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