C# (произносится си шарп ) — объектно-ориентированный язык программирования общего назначения. Разработан в 1998 — 2001 годах группой инженеров компании Microsoft под руководством Андерса Хейлсберга и как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework и .NET Core . Впоследствии был стандартизирован как ECMA -334 и ISO / IEC 23270.

C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом , из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java . Язык имеет статическую типизацию , поддерживает полиморфизм , перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты , атрибуты, события , переменные , свойства , обобщённые типы и методы, итераторы , анонимные функции с поддержкой замыканий , LINQ , исключения , комментарии в формате XML .

Переняв многое от своих предшественников — языков C++ , Delphi , Модула , Smalltalk и, в особенности, Java — С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# в отличие от C++ не поддерживает множественное наследование классов (между тем допускается множественная реализация интерфейсов ).

Особенности языка

С#‎ разрабатывался как язык программирования прикладного уровня для CLR и, как таковой, зависит, прежде всего, от возможностей самой CLR. Это касается, прежде всего, системы типов С#‎, которая отражает BCL . Присутствие или отсутствие тех или иных выразительных особенностей языка диктуется тем, может ли конкретная языковая особенность быть транслирована в соответствующие конструкции CLR. Так, с развитием CLR от версии 1.1 к 2.0 значительно обогатился и сам C#; подобного взаимодействия следует ожидать и в дальнейшем (однако, эта закономерность была нарушена с выходом C# 3.0, представляющего собой расширения языка, не опирающиеся на расширения платформы .NET). CLR предоставляет С#‎, как и всем другим .NET -ориентированным языкам, многие возможности, которых лишены «классические» языки программирования. Например, сборка мусора не реализована в самом C#‎, а производится CLR для программ, написанных на C#, точно так же, как это делается для программ на VB.NET , и др.

Название языка

Название «Си шарп» (от англ. sharp — диез) происходит от буквенной музыкальной нотации , где латинской букве C соответствует нота До , а знак диез (англ. sharp) означает повышение соответствующего ноте звука на полутон , что аналогично названию языка C++ , где «++» обозначает инкремент переменной . Название также является игрой с цепочкой C → C++ → C++++(C#), так как символ «#» можно представить состоящим из 4 знаков «+» .

Из-за технических ограничений на отображение (стандартные шрифты, браузеры и т. д.), а также из-за того, что знак диеза ♯ не представлен на стандартной клавиатуре компьютера , при записи имени языка программирования используют знак решётки (#) . Это соглашение отражено в Спецификации языка C# ECMA-334 . Тем не менее, на практике (например, при размещении рекламы и коробочном дизайне ), «Майкрософт» использует знак диеза.

Названия языков программирования не принято переводить, поэтому язык называют, используя транскрипцию, — «Си шарп».

Стандартизация

C# стандартизирован в ECMA (ECMA-334) и ISO (ISO/IEC 23270) .

Известно как минимум о трёх независимых реализациях C#, базирующихся на этой спецификации и находящихся в настоящее время на различных стадиях разработки:

• Mono , начата компанией Ximian , продолжена её покупателем и преемником Novell , а затем Xamarin .
• dotGNU и Portable.NET , разрабатываемые Free Software Foundation .

Версии

На протяжении разработки языка C# было выпущено несколько его версий:

Версия 1.0

Проект C# был начат в декабре 1998 и получил кодовое название COOL (C-style Object Oriented Language). Версия 1.0 была анонсирована вместе с платформой .NET в июне 2000 года , тогда же появилась и первая общедоступная бета-версия ; C# 1.0 окончательно вышел вместе с Microsoft Visual Studio .NET в феврале 2002 года .

Первая версия C# напоминала по своим возможностям Java 1.4, несколько их расширяя: так, в C# имелись свойства (выглядящие в коде как поля объекта , но на деле вызывающие при обращении к ним методы класса), индексаторы (подобные свойствам, но принимающие параметр как индекс массива), события , делегаты , циклы foreach , структуры , передаваемые по значению, автоматическое преобразование встроенных типов в объекты при необходимости ( boxing ), атрибуты, встроенные средства взаимодействия с неуправляемым кодом ( DLL , COM ) и прочее.

Кроме того, в C# решено было перенести некоторые возможности C++, отсутствовавшие в Java: беззнаковые типы, перегрузку операторов (с некоторыми ограничениями, в отличие от C++ ), передача параметров в метод по ссылке , методы с переменным числом параметров, оператор goto (с ограничениями). Также в C# оставили ограниченную возможность работы с указателями — в местах кода, специально обозначенных словом unsafe и при указании специальной опции компилятору .

Версия 2.0

Проект спецификации C# 2.0 впервые был опубликован Microsoft в октябре 2003 года ; в 2004 году выходили бета-версии (проект с кодовым названием Whidbey), C# 2.0 окончательно вышел 7 ноября 2005 года вместе с Visual Studio 2005 и .NET 2.0.

Новые возможности в версии 2.0

• Частичные типы (разделение реализации класса более чем на один файл ).
• Обобщённые, или параметризованные типы ( generics ). В отличие от шаблонов C++ , они поддерживают некоторые дополнительные возможности и работают на уровне виртуальной машины . Вместе с тем, параметрами обобщённого типа не могут быть выражения, они не могут быть полностью или частично специализированы, не поддерживают шаблонных параметров по умолчанию, от шаблонного параметра нельзя наследоваться, и т. д.
• Новая форма итератора , позволяющая создавать сопрограммы с помощью ключевого слова yield , подобно Python и Ruby .
• Анонимные методы, обеспечивающие функциональность замыкания .
• Оператор null -объединения: '??': return obj1 ?? obj2; означает (в нотации C# 1.0) return obj1!=null ? obj1 : obj2; .
• Обнуляемые ( nullable ) типы — значения (обозначаемые вопросительным знаком, например, int? i = null; ), представляющие собой те же самые типы-значения, способные принимать также значение null . Такие типы позволяют улучшить взаимодействие с базами данных через язык SQL .
• Возможность создавать хранимые процедуры , триггеры и даже типы данных на .Net языках (в том числе и на C#).
• Поддержка 64-разрядных вычислений, что кроме всего прочего, позволяет увеличить адресное пространство и использовать 64-разрядные примитивные типы данных.

Версия 3.0

В июне 2004 года Андерс Хейлсберг впервые рассказал на сайте Microsoft о планируемых расширениях языка в C#3.0 . В сентябре 2005 года вышли проект спецификации C# 3.0 и бета-версия C# 3.0, устанавливаемая в виде дополнения к существующим Visual Studio 2005 и .NET 2.0. Окончательно эта версия языка вошла в Visual Studio 2008 и .NET 3.5.

Новые возможности в версии 3.0

В C# 3.0 появились следующие радикальные добавления к языку:

• ключевые слова select, from, where , позволяющие делать запросы из XML документов, коллекций и т. п. Эти запросы имеют сходство с запросами SQL и реализуются компонентом LINQ . (Сама фраза «language integrated query» переводится «запрос, интегрированный в язык».)
• Инициализация объекта вместе с его свойствами:

Customer c = new Customer(); c.Name = "James"; c.Age=30;

можно записать как

Customer c = new Customer { Name = "James", Age = 30 };

• Лямбда-выражения :

listOfFoo.Where(delegate(Foo x) { return x.size > 10; });

теперь можно записать как

listOfFoo.Where(x => x.size > 10);

• Деревья выражений:

лямбда-выражения теперь могут представляться в виде структуры данных , доступной для обхода во время выполнения, тем самым позволяя транслировать строго типизированные C#-выражения в другие домены (например, выражения SQL).

• Неявная типизация: Вывод типов локальной переменной. Для неявной типизации вместо названия типа данных используется ключевое слово var . Затем уже при компиляции компилятор сам выводит тип данных исходя из присвоенного значения: var x = "hello"; вместо string x = "hello";
• Анонимные типы: var x = new { Name = "James" };
• Методы расширения. Появилась возможность добавления новых методов в уже существующие классы. Реализуется с помощью ключевого слова this при первом параметре статической функции статического класса.

public static class StringExtensions
{
  public static int ToInt32(this string val)
  {
    return Int32.Parse(val);
  }
}
// ...
string s = "10";
int x = s.ToInt32();

• Автоматические свойства: компилятор сгенерирует закрытое ( private ) поле и соответствующие аксессор и мутатор для кода вида

public string Name { get; private set; }

C# 3.0 совместим с C# 2.0 по генерируемому MSIL -коду; улучшения в языке — чисто синтаксические и реализуются на этапе компиляции. Например, многие из интегрированных запросов LINQ можно осуществить, используя безымянные делегаты в сочетании с предикатными методами над контейнерами наподобие List.FindAll и List.RemoveAll .

Версия 4.0

Превью C# 4.0 было представлено в конце 2008 года, вместе с CTP-версией Visual Studio 2010.

Visual Basic 10.0 и C# 4.0 были выпущены в апреле 2010 года, одновременно с выпуском Visual Studio 2010.

Новые возможности в версии 4.0

• Возможность использования позднего связывания, для использования:
  • с языками с динамической типизацией ( Python , Ruby )
  • с COM-объектами
  • отражения (reflection)
  • объектов с изменяемой структурой (DOM). Появляется ключевое слово dynamic .
• Именованные и опциональные параметры
• Новые возможности COM interop
• Ковариантность и контравариантность обобщенных интерфейсов и делегатов
• Контракты в коде (Code Contracts)
• Библиотека параллельных задач TPL ( Task Parallel Library ), концепция задач и классы Task , TaskFactory , Parallel
• Добавлен класс MemoryCache , который предназначен для кэширования контента. Он похож на класс Cache ASP.NET, но его можно использовать при написании веб- / графических / консольных приложений .
• Добавлено пространство имен System.Collections.Concurrent и новые классы параллельных коллекций ( ConcurrentQueue , ConcurrentStack , ConcurrentBag ,…), которые предоставляют не только большую эффективность, но и более полную потокобезопасность.

Примеры:

dynamic calc = GetCalculator();
int sum = calc.Add(10, 20); // Динамический вызов

public void SomeMethod(int x, int y = 5, int z = 7); // Опциональные параметры

Версия 5.0

Новые возможности в версии 5.0

• Шаблон TAP (Task-based Asynchronous Pattern). TAP использует один метод для представления инициализации и завершения асинхронной операции.
• Асинхронные методы ( async и await ) — как реализация шаблона TAP.
• Сведения о вызывающем объекте

Версия 6.0

Новые возможности в версии 6.0

• null -условные операторы. Добавлены новые операторы: ?. и ?[] :

int? length = customers?.Length; // null if customers is null
Customer first = customers?[0];  // null if customers is null

• Функции сжатые до выражений ( expression-bodied functions ). Теперь определение метода может быть задано с использованием лямбда-синтаксиса:

public Point Move(int dx, int dy) => new Point(x + dx, y + dy);

• Инициализаторы автосвойств. Автосвойства теперь можно инициализировать при объявлении:

public string First { get; set; } = "Jane";

• Автосвойства только для чтения. Автосвойства теперь могут быть объявлены без сеттеров:

public string First { get; } = "Jane";

• Инициализаторы индексов. Теперь можно инициализировать не только объекты и коллекции, но и словари:

var numbers = new Dictionary<int, string> {
    [7] = "seven",
    [9] = "nine",
    [13] = "thirteen"
};

• Интерполяция строк. Вместо использования конструкций с String.Format() , например:

var s = String.Format("{0} is {1} year{{s}} old", p.Name, p.Age);

теперь можно размещать код прямо в строке:

var s = $"{p.Name} is {p.Age} year{{s}} old";

• Фильтры исключений. Появилась возможность задавать условия для блоков catch :

try { … } catch (Exception e) when (Log(e)) { … }

• Импорт статических функций типов. Теперь доступ к статическим членам типов возможен без указания полного имени этих членов:

using static System.Console;
using static System.Math;
class Program
{
    static void Main()
    {
        WriteLine(Sqrt(3*3 + 4*4)); 
    }
}

• Оператор nameof . Новый оператор, который возвращает компактное строковое представление для переданного в качестве аргумента типа:

WriteLine(nameof(person.Address.ZipCode)); // prints "ZipCode"

• Для асинхронного программирования была добавлена возможность использования операторов await внутри блоков catch и finally :

Resource res = null;
try
{
    res = await Resource.OpenAsync(…);       // You could do this.
} 
catch(ResourceException e)
{
    await Resource.LogAsync(res, e);         // Now you can do this …
}
finally
{
    if (res != null) await res.CloseAsync(); // … and this.
}

Версия 7.0

Новые возможности в версии 7.0

• out -переменные, которые позволяют объявить переменные сразу в вызове метода (причем областью видимости для таких переменных является внешний блок):

p.GetCoordinates(out int x, out int y);

• Сопоставление с шаблоном. Вводится понятие шаблона ( pattern ), который представляет собой синтаксическую конструкцию, позволяющую проверить соответствие переменной определённой форме и извлечь из неё информацию.
• Шаблоны с is ( is теперь может использоваться не только с типом, но и с шаблоном — в качестве правого аргумента)
• Шаблоны и выражение switch . Варианты использования switch были расширены, теперь можно:
  • использовать любые типы (не только примитивные);
  • использовать шаблоны в выражениях case ;
  • добавлять дополнительные условия к выражениям case (используя ключевое слово when ).
• Кортежи. Добавлен тип кортеж значений (структура ValueTuple ) и синтаксис работы с данными этого типа:

(string, string, string) LookupName(long id) // возвращаемый тип - кортеж
{
    ... // инициализируем данные
    return (first, middle, last); // литерал кортежа
}

• Распаковка кортежей . Была добавлена новая синтаксическая конструкция деконструктор , позволяющая извлечь кортеж, состоящий из членов класса.
• Локальные функции. Теперь функцию, которая используется только в теле какого-либо метода, можно объявить прямо в теле этого метода.
• Улучшения литералов. Были добавлены бинарные литералы и символ разделителя ( _ ) в числовых литералах.
• Локальные переменные и возвращаемые значения по ссылке. Расширена функциональность ключевого слова ref . Теперь можно возвратить данные из метода или сохранить их в локальной переменной по ссылке.
• Расширение списка типов, возвращаемых асинхронными методами
• Больше членов класса в виде выражений. Синтаксис функций, сжатых до выражений ( expression-bodied functions ), теперь применим для сеттеров, геттеров, конструкторов и деструкторов.
• throw -выражения. Теперь можно использовать throw в функциях, сжатых до выражений ( expression-bodied functions ):

public string GetLastName() => throw new NotImplementedException();

Версия 8.0

Новые возможности в версии 8.0

• Модификатор readonly . Был создан для обозначения члена, который не изменит состояние.
• Методы интерфейсов по умолчанию. Теперь при создании метода интерфейса можно объявить его реализацию по умолчанию, которую можно переопределить в классе, который реализует этот интерфейс.
• Сопоставление шаблонов. Возможность позволяет работать с шаблонами в зависимости от формата в связанных, но различных типах данных.
  • Рекурсивные шаблоны. Является выражением шаблона, которое применяется к результатам другого выражения шаблона.
  • Выражения switch позволяют сократить количество case и break, а также фигурных скобок.

    public enum Rainbow
    {
        Red,
        Orange,
        Yellow,
        Green,
        Blue,
        Indigo,
        Violet
    }
    
    public static RGBColor FromRainbow(Rainbow colorBand) =>
        colorBand switch
        {
            Rainbow.Red    => new RGBColor(0xFF, 0x00, 0x00),
            Rainbow.Orange => new RGBColor(0xFF, 0x7F, 0x00),
            Rainbow.Yellow => new RGBColor(0xFF, 0xFF, 0x00),
            Rainbow.Green  => new RGBColor(0x00, 0xFF, 0x00),
            Rainbow.Blue   => new RGBColor(0x00, 0x00, 0xFF),
            Rainbow.Indigo => new RGBColor(0x4B, 0x00, 0x82),
            Rainbow.Violet => new RGBColor(0x94, 0x00, 0xD3),
            _              => throw new ArgumentException(message: "invalid enum value", paramName: nameof(colorBand)),
        };
    

  • Шаблоны свойств. Позволяет сопоставлять свойства исследуемого объекта с помощью { variable : value } => ... .
  • Шаблоны кортежей. Используется, если нужно работать с несколькими наборами входных данных. (value1, value2,..) => ...
• Объявление using . Это объявление переменной, которому предшествует ключевое слово using . Оно сообщает компилятору, что объявляемая переменная должна быть удалена в конце области видимости .
• Статический локальный метод. Теперь можно убедиться в том, что метод не охватывает какие-либо переменные из области видимости с помощью добавления к нему модификатора static .
• Удаляемые ссылочные структуры. Ссылочные структуры не могут реализовать IDisposable (как и любые другие интерфейсы). Поэтому чтобы удалить ref struct , необходим доступный void Dispose() .
• Типы значений, допускающие значение null . Теперь, чтобы указать, что переменная типа значений допускает значение null , необходимо поставить к имени типа ?
• Асинхронные потоки. Это во-первых интерфейс IAsyncEnumerable<T> . А во-вторых конструкция foreach с await .

  public static async System.Collections.Generic.IAsyncEnumerable<int> GenerateSequence()
  {
      for (int i = 0; i < 20; i++)
      {
          await Task.Delay(100);
          yield return i;
      }
  }
  // or
  await foreach (var number in GenerateSequence())
  {
      Console.WriteLine(number);
  }
  

• Асинхронные высвобождаемые типы. Начиная с C# 8.0 язык поддерживает асинхронные освобождаемые типы, реализующие интерфейс System.IAsyncDisposable . Операнд выражения using может реализовывать IDisposable или IAsyncDisposable . В случае IAsyncDisposable компилятор создает код для await , возвращенного Task из IAsyncDisposable.DisposeAsync .
• Индексы и диапазоны. Диапазоны и индексы обеспечивают лаконичный синтаксис для доступа к отдельным элементам или диапазонам в последовательности. Нововведение включает в себя операторы ^ и .. , а также System.Index и System.Range
• Оператор присваивания объединения с null. Оператор ??= можно использовать для присваивания значения правого операнда левому операнду только в том случае, если левый операнд имеет значение null .

  List<int> numbers = null;
  int? i = null;
  
  numbers ??= new List<int>();
  numbers.Add(i ??= 17);
  numbers.Add(i ??= 20);
  
  Console.WriteLine(string.Join(" ", numbers));  // output: 17 17
  Console.WriteLine(i);  // output: 17
  

• Неуправляемые сконструированные типы. Начиная с C# 8.0, сконструированный тип значения является неуправляемым, если он содержит поля исключительно неуправляемых типов (например универсальный тип <T>).
• Выражение stackalloc во вложенных выражениях. Теперь если результат выражения stackalloc имеет тип System.Span<T> или System.ReadOnlySpan<T> , то его можно использовать в других выражениях.

  Span<int> numbers = stackalloc[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
  var ind = numbers.IndexOfAny(stackalloc[] { 2, 4, 6, 8 });
  Console.WriteLine(ind);  // output: 1
  

• Порядок маркеров $ и @ в интерполированных строках verbatim теперь может быть любым.

Версия 9.0

Новые возможности в версии 9.0

• Типы записей. Появилась возможность при помощи ключевого слова record для определения ссылочного типа, предоставляющего функционал инкапсуляции данных.

  public record Person(string FirstName, string LastName);
  

  По умолчанию типы записей является неизменяемыми. В отличие от других ссылочных типов, переменные типов записей считаются равными, если равны типы и значения их свойств и полей.
  • Обратимые изменения. Для заданного экземпляра записи при помощи ключевого слова with возможно создание копии с изменёнными значениями указанных свойств и полей.
  • Запись может быть унаследована от записи. Однако запись не может быть унаследована от класса, и наоборот, класс не может быть унаследован от записи.
• Инициализаторы. C# 9.0 предоставляет синтаксис — ключевое слово init — для задания значений свойств класса при инициализации.

  public class Person
  {
      public string FirstName { get; init; }
      public string LastName { get; init; }
  };
  

• Операторы верхнего уровня. Один файл в приложении допускается начать сразу с исполняемых строк кода, минуя ряд таких формальностей, как объявление пространств имён , классов , методов . Такие операторы эквивалентны операторам метода Main .
• Улучшения сопоставлений шаблонов.
  • Шаблоны типов — соответствуют объекту заданного типа.
  • Логические шаблоны — входные данные должны соответствовать заданной логической операции ( and , or , not ).
  • Реляционные шаблоны — входные данные должны соответствовать заданной операции сравнения (больше, меньше, равно, больше или равно, меньше или равно) с константой.
• Улучшения производительности.
• Допускается опустить тип создаваемого объекта в выражении new , если он известен заранее

  private List<Person> persons = new();
  

• Поддержка статических лямбда-выражений и статических анонимных методов . Как и статические локальные функции, они не могут захватывать нестатические локальные переменные и состояния экземпляра.
• Поддержка применения атрибутов к локальным функциям.

Пример «Hello, World!»

Ниже представлен код классической программы « Hello world » на C# для консольного приложения:

Console.WriteLine("Hello World!");

и код этой же программы для приложения Windows Forms:

namespace WindowsForms;

public class Program
{
    [STAThread]
    public static void Main() => new DemoForm().ShowDialog();
}

public class DemoForm : Form
{
    Label label = new Label();

    public DemoForm()
    {
        label.Text = "Hello World!";
        this.Controls.Add(label);
        this.StartPosition = FormStartPosition.CenterScreen;
        this.BackColor = Color.White;
        this.FormBorderStyle = FormBorderStyle.Fixed3D;
    }
}

Реализации

Существует несколько реализаций C#:

• Компилятор Roslyn c открытым
• Реализация C# в виде компилятора csc.exe включена в состав .NET Framework (включая .NET Micro Framework , .NET Compact Framework и его реализации под Silverlight и Windows Phone 7 ).
• В составе проекта Rotor ( Shared Source Common Language Infrastructure ) компании Microsoft .
• Проект Mono включает в себя реализацию C# с открытым исходным кодом .
• Проект DotGNU также включает компилятор C# с открытым кодом.
• — ориентированная на встраиваемые системы реализация CLR, поддерживает практически всю спецификацию C# 2.0.

Примечания

Литература

• Джон Скит. C# для профессионалов: тонкости программирования, 3-е издание, новый перевод = C# in Depth, 3rd ed.. — М. : , 2014. — 608 с. — ISBN 978-5-8459-1909-0 .
• Кристиан Нейгел и др. C# 5.0 и платформа .NET 4.5 для профессионалов = Professional C# 5.0 and .NET 4.5. — М. : , 2013. — 1440 с. — ISBN 978-5-8459-1850-5 .
• А. Хейлсберг, М. Торгерсен, С. Вилтамут, П. Голд. = C# Programming Language (Covering C# 4.0), 4th Ed. — СПб. : «Питер» , 2012. — 784 с. — ISBN 978-5-459-00283-6 . от 10 октября 2011 на Wayback Machine
• Э. Стиллмен, Дж. Грин. = Head First C#, 2ed. — СПб. : «Питер» , 2012. — 704 с. — ISBN 978-5-4461-0105-4 . (недоступная ссылка)
• Эндрю Троелсен. = Pro C# 5.0 and the .NET 4.5 Framework, 6th edition. — М. : , 2013. — 1312 с. — ISBN 978-5-8459-1814-7 .
• Джозеф Албахари, Бен Албахари. = C# 6.0 in a Nutshell: The Definitive Reference. — М. : , 2018. — 1040 с. — ISBN 978-5-8459-2087-4 . — ISBN 978-1-491-92706-9 .
• Герберт Шилдт. C# 4.0: полное руководство = C# 4.0 The Complete Reference. — М. : , 2010. — С. 1056. — ISBN 978-5-8459-1684-6 .
• Кристиан Нейгел, Карли Уотсон и др. Visual C# 2010: полный курс = Beginning Microsoft Visual C# 2010. — М. : , 2010. — ISBN 978-5-8459-1699-0 .

Ссылки