1.1 .NET Framework的含义

.NET Framework（现在最新版本是4.6）是Microsoft为开发应用程序而创建的一个具有革命意义的平台。这句话最有趣的地方在于它的广义性，但这是有原因的。首先，注意这句话没有说“在Windows操作系统上开发应用程序”。尽管．NET Framework的Microsoft版本运行在Windows操作系统和Windows Phone操作系统上，但它也有运行在其他操作系统上的版本，例如Mono，它是．NET Framework的开源版本(包含C#编译器)，该版本可以运行在几个操作系统上，包括各种Linux版本和Mac OS，详见http://www.mono-project.com。另外，Mono还有一些版本可以运行在iPhone(MonoTouch)和Android(Mono for Android，也称为MonoDroid)智能手机上。使用．NET Framework的一个重要原因是它可以作为集成各种操作系统的方式。

另外，上面给出的．NET Framework定义并未限制应用程序的类型。这是因为本来就没有限制。可以使用．NET Framework创建桌面应用程序、Windows Store应用程序、云/Web应用程序、Web API和其他各种类型的应用程序。另外注意，对于Web、云和Web API应用程序，按照定义，它们是多平台的应用程序，因为任何带有Web浏览器的系统都可以访问它们。

.NET Framework的设计方式确保它可以用于各种语言，包括本书介绍的C#语言，以及C++、Visual Basic、JScript甚至一些旧语言，如COBOL。为此，还推出了这些语言的．NET版本，目前还在不断推出更多版本。要获得这些语言的列表，可以访问https://msdn.microsoft.com/library/aa292164.aspx。所有这些语言都可以访问．NET Framework，它们彼此之间还可以通信。C#开发人员可以使用Visual Basic程序员编写的代码，反之亦然。

所有这些提供了意想不到的多样性，这也是．NET Framework具有诱人前景的部分原因。

1.1.1 .NET Framework的内容

.NET Framework主要包含一个庞大的代码库，可以在客户语言(如C#)中通过面向对象编程技术(OOP)来使用这些代码。这个库分为多个不同的模块，这样就可以根据希望得到的结果来选择使用其中的各个部分。例如，一个模块包含Windows应用程序的构件，另一个模块包含网络编程的代码块，还有一个模块包含Web开发的代码块。一些模块还分为更具体的子模块，例如，在Web开发模块中，有用于建立Web服务的子模块。

其目的是，不同操作系统可以根据各自的特性，支持其中的部分或全部模块。例如，智能手机支持所有的核心．NET功能，但不需要某些更高级的模块。

部分．NET Framework库定义了一些基本类型。类型是数据的一种表达方式，指定最基本类型(如32位带符号的整数)有助于使用．NET Framework的各种语言之间进行交互操作，这称为公共类型系统(Common Type System, CTS)。

除提供这个库外，.NET Framework还包含．NET公共语言运行库(Common Language Runtime, CLR)，它负责管理用．NET库开发的所有应用程序的执行。

1.1.2 使用．NET Framework编写应用程序

使用.NET Framework编写应用程序，就是使用.NET代码库编写代码(使用支持Framework的任何一种语言)。本书用VS进行开发，VS是一种强大的集成开发环境，支持C#(以及托管和非托管C++、Visual Basic和其他一些语言)。这个环境的优点是便于把.NET功能集成到代码中。我们创建的代码完全是C#代码，但使用了.NET Framework，并在需要时利用了VS中的其他工具。

为执行C#代码，必须把它们转换为目标操作系统能理解的语言，即本机代码(native code)。这种转换称为编译代码，由编译器执行。但在．NET Framework下，此过程包括两个阶段。

1. CIL和JIT

在编译使用．NET Framework库的代码时，不是立即创建专用于操作系统的本机代码，而是把代码编译为通用中间语言（Common Intermediate Language, CIL）代码，这些代码并非专门用于任何一种操作系统，也非专门用于C#。其他．NET语言（如Visual Basic .NET）也会在第一阶段编译为这种语言。开发C#应用程序时，这个编译步骤由VS完成。

显然，要执行应用程序，必须完成更多工作，这是Just-In-Time（JIT）编译器的任务，它把CIL编译为专用于OS和目标机器结构的本机代码。这样OS才能执行应用程序。这里编译器的名称Just-In-Time反映了CIL代码仅在需要时才编译的事实。这种编译可以在应用程序的运行过程中动态发生，不过开发人员一般不需要关心这个过程。除非要编写性能十分关键的代码，否则知道这个编译过程会在后台自动进行，并不需要人工干预就可以了。

过去，常需要把代码编译为几个应用程序，每个应用程序都用于特定的操作系统和CPU结构。这通常是一种优化形式（例如，为了让代码在AMD芯片组上运行得更快），有时则是非常重要的（例如，使应用程序可以同时工作在Win9x和WinNT/2000环境下）。现在就没必要了，因为JIT编译器使用CIL代码，而CIL代码是独立于计算机、操作系统和CPU的。目前有几种JIT编译器，每种编译器都用于不同的结构，CIL会使用合适的编译器创建所需的本机代码。

这样，开发人员需要做的工作就比较少了。实际上，可以忽略与系统相关的细节，将注意力集中在代码的功能上就够了。

2．程序集

编译应用程序时，所创建的CIL代码存储在一个程序集中。程序集包括可执行的应用程序文件（这些文件可以直接在Windows上运行，不需要其他程序，其扩展名是．exe）和其他应用程序使用的库（其扩展名是．dll）。

除包含CIL外，程序集还包含元信息（即程序集中包含的数据的信息，也称为元数据）和可选的资源（CIL使用的其他数据，例如，声音文件和图片）。元信息允许程序集是完全自描述的。不需要其他信息就可以使用程序集，也就是说，我们不会遇到没有把需要的数据添加到系统注册表中这样的问题，而在使用其他平台进行开发时这个问题常常出现。

因此，部署应用程序就非常简单了，只需把文件复制到远程计算机上的目录下即可。因为不需要目标系统上的其他信息，所以只需从该目录中运行可执行文件即可（假定安装了．NET CLR）。

当然，不必把运行应用程序需要的所有信息都安装到一个地方。可以编写一些代码来执行多个应用程序所要求的任务。此时，通常把这些可重用的代码放在所有应用程序都可以访问的地方。在．NET Framework中，这个地方是全局程序集缓存（Global Assembly Cache, GAC），把代码放在这个缓存中是很简单的，只需把包含代码的程序集放在包含该缓存的目录中即可。

3．托管代码

在将代码编译为CIL，再用JIT编译器将它编译为本机代码后，CLR的任务尚未全部完成，还需要管理正在执行的用.NET Framework编写的代码（这个执行代码的阶段通常称为运行时（runtime））。即CLR管理着应用程序，其方式是管理内存、处理安全性以及允许进行跨语言调试等。相反，不受CLR控制运行的应用程序属于非托管类型，某些语言（如C++）可以用于编写此类应用程序，例如，访问操作系统的底层功能。但是在C#中，只能编写在托管环境下运行的代码。我们将使用CLR的托管功能，让.NET处理与操作系统的任何交互。

4．垃圾回收

托管代码最重要的一个功能是垃圾回收（garbage collection）。这种．NET方法可确保应用程序不再使用某些内存时，就会完全释放这些内存。在．NET推出以前，这项工作主要由程序员负责，代码中的几个简单错误会把大块内存分配到错误的地方，使这些内存神秘失踪。这通常意味着计算机的速度逐渐减慢，最终导致系统崩溃。

.NET垃圾回收会定期检查计算机内存，从中删除不再需要的内容。执行垃圾回收的时间并不固定，可能一秒钟内会进行数千次的检查，也可能几秒钟才检查一次，不过一定会进行检查。

这里要给程序员一些提示。因为在不可预知的时间执行这项工作，所以在设计应用程序时，必须留意这一点。需要许多内存才能运行的代码应自行完成清理工作，而不是坐等垃圾回收，但这不像听起来那样难。

5．把它们组合在一起

在继续学习之前，先总结一下上述创建．NET应用程序所需的步骤：

（1）使用某种．NET兼容语言（如C#）编写应用程序代码，如图1-1所示。

（2）把代码编译为CIL，存储在程序集中，如图1-2所示。

（3）在执行代码时（如果这是一个可执行文件，就自动运行，或者在其他代码使用它时运行），首先必须使用JIT编译器将代码编译为本机代码，如图1-3所示。

（4）在托管的CLR环境下运行本机代码，以及其他应用程序或进程，如图1-4所示。

6．链接

在上述过程中还有一点要注意。在第（2）步中编译为CIL的C#代码未必包含在单独文件中，可以把应用程序代码放在多个源代码文件中，再把它们编译到一个程序集中。这个过程称为链接（linking），是非常有用的。原因是处理几个较小的文件比处理一个大文件要简单得多。可以把逻辑上相关的代码分解到一个文件中，以便单独进行处理，这也更便于在需要时找到特定的代码块，让开发小组把编程工作分解为一些可管理的块，让每个人编写一小块代码，而不会破坏已编写好的代码部分或其他人正在处理的部分。