C Sharp

С#
Класс языка	мультипарадигмальный: объектно-ориентированный, обобщённый, процедурный, функциональный, событийный, рефлективный
Появился в	2001
Автор	Андерс Хейлсберг
Разработчик	.NET Foundation
Расширение файлов	.cs или .csx
Выпуск	11 (8 ноября 2022 года)
Система типов	статическая, динамическая, строгая, безопасная, вывод типов
Основные реализации	.NET Framework, Mono, .NET, DotGNU (заморожен), Universal Windows Platform
Диалекты	Cω, Spec#, Polyphonic C#[en], Enhanced C#
Испытал влияние	C++, Java[1][2][3], Delphi, Модула-3 и Smalltalk
Повлиял на	Cω, F#, Nemerle, Vala, Windows PowerShell, Kotlin
Лицензия	Компилятор Roslyn: лицензия MIT[4] .NET Core CLR: лицензия MIT[5] Компилятор Mono: dual GPLv3 and MIT/X11 DotGNU: dual GPL and LGPL
Сайт	docs.microsoft.com/ru-ru…
Платформа	Common Language Infrastructure
Медиафайлы на Викискладе

C# (произносится си шарп) — объектно-ориентированный язык программирования общего назначения. Разработан в 1998—2001 годах группой инженеров компании Microsoft под руководством Андерса Хейлсберга и Скотта Вильтаумота^[6] 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, J# и др.

Название языка

Нота C♯^[en]

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^[7], 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 «+»^[8].

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 (#)^[9]. Это соглашение отражено в Спецификации языка C# ECMA-334^[10]. Тем не менее, на практике (например, при размещении рекламы и коробочном дизайне^[11]), «Майкрософт» использует знак диеза.

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

Стандартизация

C# стандартизирован в ECMA (ECMA-334)^[12] и ISO (ISO/IEC 23270)^[13].

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.^[17]
• 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^[18]. 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^[19]

• 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^[16]

• 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^[20]

• 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 принимает 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.

Пример «Hello, World!»

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

Console.WriteLine("Hello World!"); // Вывод заданного текста в консоль
Console.ReadKey(); // Ожидание нажатия клавиши пользователем

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 исходным кодом
• 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.
• DotNetAnywhere^[21] — 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.: «Вильямс», 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.: «Диалектика», 2013. — 1440 с. — ISBN 978-5-8459-1850-5.
• А. Хейлсберг, М. Торгерсен, С. Вилтамут, П. Голд. Язык программирования C#. Классика Computers Science. 4-е издание = C# Programming Language (Covering C# 4.0), 4th Ed. — СПб.: «Питер», 2012. — 784 с. — ISBN 978-5-459-00283-6. Архивная копия от 10 октября 2011 на Wayback Machine
• Э. Стиллмен, Дж. Грин. Изучаем C#. 2-е издание = Head First C#, 2ed. — СПб.: «Питер», 2012. — 704 с. — ISBN 978-5-4461-0105-4. (недоступная ссылка)
• Эндрю Троелсен. Язык программирования C# 5.0 и платформа .NET 4.5, 6-е издание = Pro C# 5.0 and the .NET 4.5 Framework, 6th edition. — М.: «Вильямс», 2013. — 1312 с. — ISBN 978-5-8459-1814-7.
• Джозеф Албахари, Бен Албахари. C# 6.0. Справочник. Полное описание языка = C# 6.0 in a Nutshell: The Definitive Reference. — М.: «Вильямс», 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.: «Вильямс», 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.: Диалектика, 2010. — ISBN 978-5-8459-1699-0.

Ссылки

• Основные материалы по Visual C#
• Руководство по программированию на C#
• Язык C# (инструкции по C#)
• Практическое руководство. Создание приложений Windows Forms на C#
• Доклад, подробно описывающий новшества в языке С# версии 4.0