C#本质论 前言

前言

在软件工程的发展历史中，用于编写计算机程序的方法经历了几次思维模式的重大转变。每一种思维模式都是以前一种思维模式为基础的，其宗旨都是增强代码的组织，并降低复杂性。学习本书的过程，就是思维模式不断发生改变的过程。

本书开始的几章指导你学习顺序编程结构（sequential programming structure）。在这种模型中，语句是按照执行顺序来写的。这种模型的问题在于，随着需求的增加，复杂性也将呈指数级地增加。为了降低复杂性，代码块被转变成方法，从而产生了结构化编程模型（structured programming model）。在这种模型中，你可以从一个程序中的多个位置调用同一个代码块，而不必在程序中重复这些代码。然而，即使有这种结构，程序还是会很快变得臃肿不堪，需要进行进一步的抽象。所以，在此基础上，人们又提出了面向对象编程的概念，这将在第5章进行讨论。在后续的几章中,你将继续学习其他方法，比如基于接口的编程，并最终学习通过attribute进行初级的声明式编程（第14章）。

本书有以下3个主要职能。

全面讲述C#语言，其内容已经远远超越了一本简单的教程，为你进行高效率软件开发打下坚实的基础。

对于已经熟悉了C#的读者，本书提供了一些更加复杂的编程思想，并深入讨论了在语言的新版本（C# 2.0）中引入的特性。

它是你永远的案头参考，即便在你精通了这种语言之后。
成功学习C#的关键在于，要尽可能快地开始编程。不要等自己成为一名理论上的“专家”之后，才开始写代码。所以，不要犹豫，马上开始写你的程序吧。作为迭代开发 的追随者，我希望即使是一名刚开始学习编程的新手，也能在学到本书第2章末尾的时候，动手开始写基本的C#代码。

有许多主题都没有在本书中进行讨论。你在本书找不到ASP.NET、ADO.NET、智能客户端开发以及分布式编程等主题。虽然这些主题与.NET Framework有关，但它们都值得用专门的书、分专题进行讲述。幸运的是，已经有丰富的图书供读者选择。不过，在读完本书之后，你在上述任何领域继续深入学习都会有游刃有余的感觉。本书的重点在于C#以及基类库中的类型。

本书面向的读者

写作本书时，我面临的一个挑战在于，如何在持续吸引高级开发人员眼球的同时，不用使用类似“assembly”“link”、“chain”、“thread”和“fusion”的字眼儿来打击初学者的信心，否则许多人会认为这是一本冶金方面的书，而不是讲程序设计的。 本书的主要读者是已经有一定编程经验，并想多学一种语言来“防身”的开发者。然而，我小心地制定了本书的内容配置，使其对于所有级别的开发者来说，都有足够大的价值。

初学者：假如你是一名编程新手，本书将帮助你从入门级的程序员过渡成为一名C#开发者，消除对以后摆在你面前的任何C#编程任务的害怕心理。本书不仅要教会你语法，还要教你养成良好的编程习惯，为你将来的编程生涯打下良好的基础。

熟悉结构化编程的程序员：学习外语最好的方法就是“沉浸法” 。类似地，学习一门计算机语言最好的方法就是在动手中学习，而不是等熟知了它的所有“理论”之后再动手。基于这个前提，本书最开始的内容是那些熟悉结构化编程的开发者很容易上手的。到第4章结束时，这些开发者应该可以开始写基本的控制流程序。然而，要成为一名真正的C#开发者，记住语法只是第一步。为了从简单程序过渡到企业级开发，C#开发者必须基于对象及其关系来思考问题。为此，第5章的“初学者主题”开始介绍类和面向对象开发。对于C、COBOL和FORTRAN等结构化编程语言来说，虽然它们仍在发挥作用，但作用会越来越小。所以，软件工程师们应该逐渐开始了解面向对象开发。C#是进行这一思维模式转变的理想语言，它本来就是基于“面向对象开发”这一中心思想来设计的。

熟悉“基于对象”和“面向对象”理念的开发者：C++和Java程序员以及许多有经验的Visual Basic程序员都可归于此类。对于分号和大括号，他们可是一点儿都不陌生！简单浏览一下第1章的代码，你会发现，在其核心，C#类似于你熟知的C和C++风格的语言。

C#专家：对于已经精通C#的人，本书可供你参考不太常见的语法。此外，对于其他地方强调较少的语言细节以及微妙之处，作者提出了自己的见解。最重要的是，本书提供了编写可靠和易于维护的代码的指导原则及模式。你教别人学习C#时，本书也颇有助益。

C# 2.0问世后，一些最重要的增强包括：

分部类（参见第5章）；

全局命名空间限定符global:（参见第9章）；

为属性的getter和setter使用的不同访问修饰符（参见第5章）；

匿名方法（参见第13章）；

泛型（参见第11章）；

迭代器主题（参见第12章）。

考虑到许多人还不熟悉这些主题，本书围绕它们进行了详细的讨论。涉及高级C#开发的还有“指针”这一主题，该主题将在第17章讨论。即使一些有经验的C#开发者，也经常无法很好地理解这一主题。

本书特色

本书是一本遵循核心C# Language 2.0 Specification的语言参考书。为了帮助读者理解各种C#结构，书中用大量例子演示了每一种特性，而且为每个概念都提供了相应的指导原则和最佳实践，确保代码能顺利编译，避免留下隐患，并获得最佳的可维护性。

为了增强可读性，所有代码均进行了特殊格式处理，而且每一章的内容都使用思维导图来概括。

代码示例

本书大多数代码片段都能在“公共语言基础结构”（Common Language Infrastructor，CLI）的任何实现上运行，其中包括Mono、Rotor和Microsoft .NET平台。我很少使用平台或厂商特有的库，除非需要解释只和那些平台有关的某些重要概念（例如，解释如何正确处理Windows单线程用户界面）。C# 2.0特有的主题在附录C进行了总结。
下面是一个示例代码清单。

代码清单1-17　在代码中添加注释

下面简单介绍一下我采用的代码格式。

注释以斜体显示。

 /* Display a greeting to the console
using composite formatting */   

static void Main()

System.Console.Write /* No new line */ (

System.Console.WriteLine(
"Your full name is {0} {1}.",

  // ...

在代码清单之后，列出了对应的控制台输出，如下所示：

输出1-4

 >HeyYou.exe
Hey you!
Enter your first name: Inigo
Enter your last name: Montoya

用户在执行程序时输入的内容显示为斜体。

虽然我可以提供完整的代码示例，让你复制到自己的程序中，但这样做会使你从一个特定的主题上分心。因此，你需要自行修改代码示例，然后才能把它们集成到自己的程序中。此外，书中的代码示例没有显式地包含using System语句。在所有的例子中，这个语句都是必需的。
可以从以下网址下载示例代码：

http://mark.michaelis.net/EssentialCSharp

www.awprofessional.com/title=0321150775

思维导图

每一章开头都包含一幅“思维导图 ”。作为一个提纲，它的作用是为读者提供对每章内容的一个快速参考。下面是一个例子（摘自第12章）。

每一章的主题显示在思维导图的中心，高级主题围绕这个中心展开。利用思维导图，读者可以方便地搭建自己的知识体系，可以从一个主题出发，更清楚地理解围绕它的各个具体概念，避免中途纠缠于一些不相干的枝节问题。

有用的注释

根据自己的编程水平，利用书中特殊的代码块和注释，你可以轻松地定位自己要阅读的内容。

初学者主题：特别针对入门级程序员提供的定义或解释。

高级主题：可以让有经验的开发者将注意力放在他们最关心的内容上。

标注：用标注框 来强调关键原则，使读者对其重要性一目了然。

语言对比：分散在正文中的补充内容，描述了C#和其他语言的关键差异，为熟悉其他语言的读者提供指引。

本书的内容组织

站在一个较高的角度来看，软件工程的宗旨就是对复杂性进行管理。本书正是基于这个宗旨来组织内容的。我的目的很简单，就是降低你学习编程的复杂性。第1章～第4章介绍的是结构化编程，通过这些内容的学习，你可以立即开始写一些功能简单的代码。第5章～第9章介绍了C#的面向对象构造。新手应在完全理解了这几章的内容之后，再开始接触本书其余部分的更高级主题。

第11章～第13章介绍了更多用于降低复杂性的构造，讲解了当今几乎所有程序都要用到的通用模式。在理解了它们之后，你可以更加轻松地理解如何通过反射和attribute来实现动态编程。第14章～第17章将广泛运用反射和attribute来实现线程处理和互操作性。

本书最后专门用一章（第18章）来讲述CLI。这一章在开发平台的背景下对C#语言进行了描述。之所以要放到最后，是因为它并不是C#特有的，而且不会涉及语法和编程风格问题。不过，本章适合在任何时候阅读，或许最恰当的时机是在阅读了本书的第1章之后。
下面是每一章的内容提要。

第1章——C#入门：在展示了一个用C#编写的HelloWorld程序之后，这一章对其进行了深入剖析。这应当能使读者熟悉C#程序的外观和感觉。这一章提供了让读者编译和调试自己的程序所需的足够多的细节。此外，这一章还大概描述了C#程序的执行背景及其中间语言（intermediate language，IL）。

第2章——数据类型：任何有用的程序都要处理数据，这一章介绍了C#的基本数据类型。我们讨论了两种类型，即值类型和引用类型，另外还讨论了类型间的转换以及对数组的支持。

第3章——运算符和控制流：为了利用计算机执行重复性操作的能力，你需要知道如何在自己的程序中添加循环和条件逻辑。这一章还讨论了C#运算符、数据转换以及预处理器指令。

第4章——方法和参数：这一章研究了方法及其参数的细节，其中包括通过参数来传值、传引用和返回数据。C#不支持默认参数，这一章解释了这背后的原因，并讨论了相同的功能如何实现。

第5章——类：前面已经学过了类的基本构成元素，这一章将这些构造合并到一起，从而获得具有完整功能的类型。类是面向对象技术的核心，它为一“类”对象定义了一个模板。

第6章——继承：虽然继承是许多开发者的基本编程手段，但C#提供了一些独一无二的构造，比如new修饰符。这一章讨论了继承语法的细节，其中包括重写。

第7章——接口：这一章展示了如何利用接口来定义类之间的“可以进行版本控制的交互契约”（versionable interaction contract）。C#同时包含显式和隐式的接口成员实现，可以实现一个额外的封装等级，这是其他大多数语言所不支持的。

第8章——值类型：尽管不如定义引用类型那么流行，但在有些情况下仍然有必要定义其行为类似于C#内置基本类型的值类型。这一章要介绍如何定义结构，同时揭示它们的特性。

第9章——合式类型：这一章讨论了一些更高级的类型定义，解释了如何实现运算符，比如"+"和转型运算符，并描述了如何将多个类封装到一个库中。除此之外，这一章还演示了如何定义命名空间和XML注释，并讨论了如何基于垃圾回收机制来设计令人满意的类。

第10章——异常处理：这一章是对第4章引入的异常处理机制的一个延伸讨论，描述了如何利用异常层次结构来创建自定义异常。另外，还强调了异常处理的一些最佳实践。

第11章——泛型：从某种意义上说，泛型或许是C#1.0缺少的一个最重要的特性。这一章全面讨论了这个新特性。

第12章——集合：有了泛型之后，.NET 1.1中的所有集合类都可以替换成它们的泛型等价物。这一章讨论了这些集合类，并描述了对其共同行为进行定义的接口。由于迭代器对底层“运行时”的影响是微乎其微的，C# 2.0通过迭代器简化了集合的创建。迭代器用一个更清晰的语法来指定如何遍历类中的数据。

第13章——委托和事件：正是因为有了委托，才使C#与其前身语言（C和C++等）相比有了显著的不同，它定义了在代码中处理事件的模式。这几乎完全杜绝了写轮询例程的必要。封装起来的委托（称为事件）是公共语言运行时（Common Language Runtime，CLR）的一个核心构造。另外，这一章还探讨了匿名方法，它也是C# 2.0的一个新特性。

第14章——反射和attribute：20世纪80年代末，程序结构的思维模式发生了根本性的变化，面向对象的编程是这个变化的基础。类似地，attribute使声明性编程和嵌入式元数据成为可能，因而引入了一种新的思维模式。这一章探讨了attribute的方方面面，并讨论了如何通过反射机制来获取它们。这一章还讨论了如何通过基类库（Base Class Library，BCL）中的序列化框架来实现文件的输入和输出。

第15章——多线程处理：大多数现代的程序都要求使用线程来执行长时间运行的任务，同时确保对并发的事件进行快速响应。随着程序变得越来越复杂，必须采取额外的措施在这些高级环境中保护数据。多线程应用程序的编写是一项复杂的任务。这一章讨论了如何操作线程，并讲述了如何采取一些必要的措施来防止将多线程应用程序弄得一团糟。

第16章——多线程处理模式：这一章以第15章为基础，演示了如何利用一些内建的线程处理模式来简化对多线程代码的显式控制。

第17章——平台互操作性和不安全的代码：必须认识到的是，C#是相对年轻的一种语言，有许多现有的代码是用其他语言写成的。为了用好这些现有的代码，C#通过P/Invoke提供了对非托管代码的支持。除此之外，C#允许使用指针，也允许执行直接内存操作。虽然含有指针的代码要求特殊的权限才能运行，但它具有与C风格的API完全兼容的能力。

第18章——CLI：事实上，C#被设计成在CLI的顶部工作的一种最有效的编程语言。这一章讨论了C#程序与底层“运行时”及其规范的关系。

附录A——下载和安装C#编译器与CLI平台：这个附录介绍了如何安装Microsoft .NET和Mono，它们是编译和运行C#程序的基础平台。

附录B——完整源代码清单：本书许多章都将源代码打散到多个代码清单中。如果代码清单较大，就会使读者难以跟进。这个附录将第3章、第11章、第12章、第14章和第17章的代码清单整合成完整的程序，便于读者从整体上理解各个单独的代码清单。

附录C——C# 2.0主题：提供了所有C#2.0主题的快速参考，旨在帮助C# 1.0程序员快速熟悉2.0的新特性。
希望本书成为你学习和掌握C#技能的一个好帮手。另外，希望以后需要了解C#的一些特殊主题及其内部工作原理的时候本书也是一本出色的参考书。

致谢

世界上没有任何一本书是作者单枪匹马就能出版的，在此，我要向此过程中帮助过我的所有人致以衷心的感谢。

表达感激之情的顺序并不重要，我是想到谁就感谢谁。到现在为止，为了让我顺利完成此书，我的家人做出了巨大的牺牲。在Banjamin、Hanna和Abigail眼中，他们的爸爸经常因为此书而分心，但Elisabeth承受的更多。家里的大事小事全靠她一个人，她独自承担家庭的重任。亲爱的，辛苦了！

为保证本书技术上的准确性，许多技术编辑对本书中的各章都进行了仔细审阅。我常常惊讶于他们的认真程度，任何不易察觉的小错误都逃不过他们的火眼金睛，他们是Paul Bramsman、Doug Dechow、Gerard Frantz、Anson Horton、Angelika Langer、Nicholas Paldino、Narendra Poflee、Jon Skeet、Michael Stokesbary、John Timney和Stephen Toub。

特别要感谢Michael，在我编写本书期间，他在编辑技术内容和完善本书结构方面，给予我莫大的帮助，更不用说他给予我的友情，如同珍宝。同时，我还要特别感谢两位C# MVP（微软最有价值专家）Nicholas和John，他们对于特定领域内这一编程语言的了解仅次于C#开发团队。

此外，还要感谢Addison-Wesley的所有员工，感谢他们在与我合作期间所表现出来的耐心，容忍我将注意力频频转移到书稿之外的其他方面。谨向以下人员致以衷心的感谢：Sheri Cain、Jessica D’Amico、Curt Johnson、Joan Murray、Stephane Nakib和Ann Wells。
尤其要感谢Ann，从本书提出选题开始，她就一直指导和鼓励我。

最后，感谢微软公司开发部的Prashant Sridharan。是他使我开始动笔写作本书，而且他提供的大量素材使我难以置信地占尽了先机。