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C#锐利体验(1.2)

答案:

     再来看下面的"using System;"语句,这是C#语言的using命名空间指示符,这里的"System"是Microsoft.NET系统提供的类库。C#语言没有自己的语言类库,它直接获取Microsoft.NET系统类库。Microsoft.NET类库为我们的编程提供了非常强大的通用功能。该语句使得我们可以用简短的别名"Console"来代替类型"System.Console"。当然using指示符并不是必须的,我们可以用类型的全局名字来获取类型。实际上,using语句采用与否根本不会对C#编译输出的程序有任何影响,它仅仅是简化了较长的命名空间的类型引用方式。
  
    接着我们声明并实现了一个含有静态Main()函数的HelloWorld类。C#所有的声明和实现都要放在同一个文件里,不像C++那样可以将两者分离。Main()函数在C#里非常特殊,它是编译器规定的所有可执行程序的入口点。由于其特殊性,对Main()函数我们有以下几条准则:
  
    Main()函数必须封装在类或结构里来提供可执行程序的入口点。C#采用了完全的面向对象的编程方式,C#中不可以有像C++那样的全局函数。
  
    Main()函数必须为静态函数(static)。这允许C#不必创建实例对象即可运行程序。
  
    Main()函数保护级别没有特殊要求, public,protected,private等都可,但一般我们都指定其为public。
  
    Main()函数名的第一个字母要大写,否则将不具有入口点的语义。C#是大小写敏感的语言。
  
    Main()函数的参数只有两种参数形式:无参数和string 数组表示的命令行参数,即static void Main()或static void Main(string[]args) ,后者接受命令行参数。一个C#程序中只能有一个Main()函数入口点。其他形式的参数不具有入口点语义,C#不推荐通过其他参数形式重载Main()函数,这会引起编译警告。
  
    Main()函数返回值只能为void(无类型)或int(整数类型)。其他形式的返回值不具有入口点语义。
  我们再来看"HelloWorld.cs"程序中Main()函数的内部实现。前面提过,Console是在命名空间System下的一个类,它表示我们通常打交道的控制台。而我们这里是调用其静态方法WriteLine()。如同C++一样,静态方法允许我们直接作用于类而非实例对象。WriteLine()函数接受字符串类型的参数"Hello World !",并把它送入控制台显示。如前所述,C#没有自己的语言类库,它直接获取Microsoft.NET系统类库。我们这里正是通过获取Microsoft.NET系统类库中的System.Console.WriteLine()来完成我们想要的控制台输出操作。这样我们便完成了"Hello World!"程序。
  
    但事情远没那么简单!在我们编译输出执行程序的同时,Microsoft.NET底层的诸多机制却在暗地里涌动,要想体验C#的锐利,我们没有理由忽视其背靠的Microsoft.NET平台。实际上如果没有Microsoft.NET平台,我们很难再说C#有何锐利之处。我们先来看我们对"HelloWorld.cs"文件用csc.exe命令编译后发生了什么。是的,我们得到了HelloWorld.exe文件。但那仅仅是事情的表象,实际上那个HelloWorld.exe根本不是一个可执行文件!那它是什么?又为什么能够执行?
  
    好的,下面正是回答这些问题的地方。首先,编译输出的HelloWorld.exe是一个由中间语言(IL),元数据(Metadata)和一个额外的被编译器添加的目标平台的标准可执行文件头(比如Win32平台就是加了一个标准Win32可执行文件头)组成的PE(portable executable,可移植执行体)文件,而不是传统的二进制可执行文件--虽然他们有着相同的扩展名。中间语言是一组独立于CPU的指令集,它可以被即时编译器Jitter翻译成目标平台的本地代码。中间语言代码使得所有Microsoft.NET平台的高级语言C#,VB.NET,VC.NET等得以平台的独立,以及语言之间实现互操作。元数据是一个内嵌于PE文件的表的集合。元数据描述了代码中的数据类型等一些通用语言运行时(Common Language Runtime)需要在代码执行时知道的信息。元数据使得.NET应用程序代码具备自描述特性,提供了类型安全保障,这在以前需要额外的类型库或接口定义语言(Interface Definition Language,简称IDL)。
  
    这样的解释可能还是有点让人困惑,那么我们来实际的解剖一下这个PE文件。我们采用的工具是.NET SDK Beta2自带的ildasm.exe,它可以帮助我们提取PE文件中的有关数据。我们键入命令"ildasm /output:HelloWorld.il HelloWorld.exe",一般可以得到两个输出文件:helloworld.il和helloworld.res。其中后者是提取的资源文件,我们暂且不管,我们来看helloworld.il文件。我们用"记事本"程序打开可以看到元数据和中间语言(IL)代码,由于篇幅关系,我们只将其中的中间语言代码提取出来列于下面,有关元数据的表项我们暂且不谈:
  
  class private auto ansi beforefieldinit HelloWorld
  extends [mscorlib]System.Object
  {
  .method public hidebysig static void Main() cil managed
  {
  .entrypoint
  // Code size 11 (0xb)
  .maxstack 8
  IL_0000: ldstr "Hello World !"
  IL_0005: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  IL_000a: ret
  } // end of method HelloWorld::Main
  
  .method public hidebysig specialname rtspecialname
  instance void .ctor() cil managed
  {
  // Code size 7 (0x7)
  .maxstack 8
  IL_0000: ldarg.0
  IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
  IL_0006: ret
  } // end of method HelloWorld::.ctor
  
  } // end of class HelloWorld
  
  
  
    我们粗略的感受是它很类似于早先的汇编语言,但它具有了对象定义和操作的功能。我们可以看到它定义并实现了一个继承自System.Object 的HelloWorld类及两个函数:Main()和.ctor()。其中.ctor()是HelloWorld类的构造函数,可在"HelloWorld.cs"源代码中我们并没有定义构造函数呀--是的,我们没有定义构造函数,但C#的编译器为我们添加了它。你还可以看到C#编译器也强制HelloWorld类继承System.Object类,虽然这个我们也没有指定。关于这些高级话题我们将在以后的讲座中予以剖析。
  
    那么PE文件是怎么执行的呢?下面是一个典型的C#/.NET应用程序的执行过程:
  
    用户执行编译器输出的应用程序(PE文件),操作系统载入PE文件,以及其他的DLL(.NET动态连接库)。
  操作系统装载器根据前面PE文件中的可执行文件头跳转到程序的入口点。显然,操作系统并不能执行中间语言,该入口点也被设计为跳转到mscoree.dll(.NET平台的核心支持DLL)的_ CorExeMain()函数入口。
  CorExeMain()函数开始执行PE文件中的中间语言代码。这里的执行的意思是通用语言运行时按照调用的对象方法为单位,用即时编译器将中间语言编译成本地机二进制代码,执行并根据需要存于机器缓存。
  
    程序的执行过程中,垃圾收集器负责内存的分配,释放等管理功能。
  
    程序执行完毕,操作系统卸载应用程序。
  
    清楚的知晓编译输出的PE文件的执行过程是深度掌握C#语言编程的关键,这种过程的本身就诠释着C#语言的高级内核机制以及其背后Microsoft.NET平台种种诡秘的性质。一个"Hello World !"程序的概括力已经足够,在我们对C#语言有了一个很好的起点之后,下面的专题会和大家一起领略C#基础语言,窥探Microsoft.NET平台构造,步步体验C#锐利编程的极乐世界,Let's go! 
  
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