Что такое .NET? Общие сведения и обзор

.NET — это бесплатная платформа разработки с открытым исходным кодом для создания различных типов приложений, таких как следующие:

Для совместного использования функциональных возможностей различных приложений и типов приложений используются библиотеки классов.

При использовании .NET файлы кода и проекта будут выглядеть одинаково, независимо от типа создаваемого приложения. У вас есть доступ к одинаковым возможностям среды выполнения, API и языка для каждого приложения.

Кроссплатформенные

Вы можете создавать приложения .NET для многих операционных систем, в том числе:

• Windows
• macOS
• Linux
• Android
• iOS
• tvOS
• watchOS

Поддерживаемые архитектуры процессоров:

• X64
• x86
• ARM32
• ARM64

.NET позволяет использовать специальные возможности платформы, такие как API операционной системы. Примерами являются Windows Forms и WPF в Windows и собственные привязки к каждой мобильной платформе из Xamarin.

Бесплатный и открытый исходный код

.NET — бесплатный и открытый исходный код, использующий лицензии MIT и Apache 2. .NET — это проект .NET Foundation.

Поддержка

Корпорация Майкрософт реализует поддержку платформы .NET для операционных систем Windows, macOS и Linux. Она регулярно обновляется для обеспечения безопасности и качества (второй вторник каждого месяца).

Двоичные дистрибутивы .NET от Майкрософт собираются и тестируются в Azure на серверах Майкрософт и следуют методикам проектирования и безопасности Майкрософт.

Red Hat поддерживает .NET в операционной системе Red Hat Enterprise Linux (RHEL). Red Hat и Майкрософт совместно занимаются обеспечением беспроблемной работы .NET Core в RHEL.

Дополнительные сведения см. в статье Выпуски и поддержка .NET и .NET 5.

.net Core, платформа .NET Framework, моно, UWP

.NET имеет различные разновидности, более формально известные как реализации. .NET 5 + (включая .NET Core) является последней реализацией и работает на любой платформе. платформа .NET Framework является исходной реализацией .net и выполняется только в Windows. Моно используется, когда требуется небольшая среда выполнения. универсальная платформа Windows (UWP) используется для создания современных Windows приложений.

Каждая реализация включает в себя среду выполнения и библиотеку классов. Сюда также могут входить платформы приложений и средства разработки.

.NET Standard не является реализацией .NET, а представляет собой спецификацию API, которая позволяет разрабатывать библиотеки классов для нескольких реализаций .NET.

Дополнительные сведения см. в разделе реализации .NET.

Инструменты и производительность

.NET предоставляет возможность выбора языков, интегрированных сред разработки (IDE) и других средств.

Архитектура .NET поддерживает три языка программирования.

C# (произносится как "си шарп") — современный объектно-ориентированный и типобезопасный язык программирования. C# относится к широко известному семейству языков C, и покажется хорошо знакомым любому, кто работал с C, C++, Java или JavaScript.

F # — это управляемый, кросс-платформенный язык программирования с открытым кодом для написания краткого, надежного и производительного кода. Основное внимание уделяется вашей проблемной области, а не сведениям о программировании. Программирование на F # ориентировано на данные, где код включает преобразование данных с помощью функций.

Среди языков .NET синтаксис Visual Basic лучше всего соответствует обычному естественному языку, что значительно упрощает его изучение. В отличие от C# и F#, для которых корпорация Майкрософт активно разрабатывает новые функции, язык Visual Basic является стабильным. Visual Basic не поддерживается для веб-приложений, но поддерживается для веб-API.

Ниже приведены некоторые возможности, поддерживаемые языками .NET:

Интегрированные среды разработки для .NET включают следующие:

Выполняется только в Windows. Содержит обширные встроенные функции, предназначенные для работы с .NET. Выпуск Community Edition предоставляется бесплатно для учащихся, участников проектов с открытым кодом и отдельных пользователей.

Выполняется в Windows, macOS и Linux. Бесплатно и с открытым кодом. Расширения доступны для работы с языками .NET.

Выполняется только в macOS. Для разработки приложений и игр .NET для iOS, Android и Интернета.

Онлайн-среда Visual Studio Code, которая в настоящее время доступна в виде бета-версии.

Пакет SDK для .NET — это набор библиотек и средств для разработки и запуска приложений .NET.

При загрузке .NET можно выбрать пакет SDK или среду выполнения, например среду выполнения .NET или среду выполнения ASP.NET Core.

• Установите среду выполнения, которая является средой выполнения управляемой программы, на компьютере, который требуется подготовить для запуска приложений .NET.
• Установите пакет SDK на компьютере, который вы хотите использовать для разработки. При скачивании пакета SDK вы автоматически получаете среду выполнения.

Загружаемый пакет SDK содержит следующие компоненты.

. Программы командной строки, которые можно использовать для локальной разработки и сценариев непрерывной интеграции.
• dotnet dotnet . Команда CLI, которая запускает зависящие от платформы приложения.
• Компиляторы языков программирования Roslyn и F#.
• Система сборки MSBuild. . Предоставляет систему типов, функцию загрузки сборок, сборщик мусора, взаимодействие с машинным кодом и другие основные службы. . Предоставляют примитивные типы данных и основные служебные программы.
• Среда выполнения ASP.NET Core Предоставляет базовые службы для приложений, подключенных к Интернету, таких как веб-приложения, приложения Интернета вещей и серверные интерфейсы мобильных устройств.
• Среда выполнения для классических приложений. Предоставляет базовые службы для классических приложений Windows, включая Windows Forms и WPF.

Загружаемая среда выполнения содержит следующие компоненты.

• Среды выполнения для рабочего стола и ASP.NET Core (при необходимости). . Предоставляет систему типов, функцию загрузки сборок, сборщик мусора, взаимодействие с машинным кодом и другие основные службы. . Предоставляют примитивные типы данных и основные служебные программы.
• dotnet dotnet . Команда CLI, которая запускает зависящие от платформы приложения.

Дополнительные сведения см. в следующих ресурсах:

Приложение .NET строится на основе исходного кода с помощью MSBuild. В файле проекта ( .csproj, .fsproj или .vbproj) указываются целевые объекты и связанные задачи, которые отвечают за компиляцию, упаковку и публикацию кода. Существуют идентификаторы пакета SDK, которые ссылаются на стандартные коллекции целевых объектов и задач. Использование этих идентификаторов помогает сделать файлы проекта небольшими и простыми в работе. Например, вот файл проекта для консольного приложения:

И вот один для веб-приложения:

В этих примерах атрибут Sdk элемента Project указывает набор целевых объектов и задач MSBuild, которые создают проект. Элемент TargetFramework указывает версию .NET, от которой зависит приложение. Файл проекта можно изменить, добавив дополнительные целевые объекты и задачи, относящиеся к проекту.

MSBuild и .NET CLI можно использовать с различными средствами и средами непрерывной интеграции, например:

NuGet — это диспетчер пакетов с открытым исходным кодом, разработанный для .NET. пакет NuGet — это .zipный файл с расширением, содержащим скомпилированный код (dll), другие файлы, связанные с этим кодом, и описательный манифест, который содержит сведения, например номер версии пакета. Разработчики, у которых есть код, к которому нужно предоставить общий доступ, создают пакеты и публикуют их на сайте nuget.org или на закрытых узлах. Разработчики, желающие использовать общий код, добавляют пакет в свой проект и затем могут вызвать API, предоставляемый пакетом в своем коде проекта.

Дополнительные сведения см. в документации NuGet.

.NET Interactive — это группа средств и интерфейсов командной строки, которые позволяют пользователям создавать интерактивные возможности в веб-приложениях, разметке и записных книжках.

Дополнительные сведения см. в следующих ресурсах:

Модели выполнения.

Приложения .NET запускают управляемый код в среде выполнения, известной как среда CLR.

.NET CLR — это кроссплатформенная среда выполнения, которая включает поддержку Windows, macOS и Linux. Среда CLR обрабатывает выделение памяти и управление ей. Среда CLR также является виртуальной машиной, которая не только выполняет приложения, но и создает, а также компилирует код с помощью JIT-компилятора.

Для получения дополнительной информации см. Common Language Runtime.

Языки .NET более высокого уровня, например C#, компилируются до независимого от оборудования набора инструкций, который называется промежуточным языком (IL). При запуске приложений этот компилятор преобразует IL в машинный код, который понимает обработчик. JIT-компиляция происходит на том же компьютере, на котором будет выполняться код.

Так как JIT-компиляция происходит во время выполнения приложения, время компиляции является частью времени выполнения. Таким образом, JIT-компиляторы должны поддерживать баланс между временем оптимизации кода и экономии, к которой может привести результирующий код. Но JIT-компилятор знает фактическое оборудование и может освободить разработчиков от поставки различных реализаций для различных платформ.

JIT-компилятор .NET может выполнять многоуровневую компиляцию, что означает возможность перекомпиляции отдельных методов во время выполнения. Эта функция позволяет быстро компилировать, сохраняя при этом возможность создания высокоспециализированной версии кода для часто используемых методов.

По умолчанию большинство рабочих нагрузок .NET являются JIT-компилятором, но .NET предлагает две формы компиляции на момент времени (AOT):

• Для некоторых сценариев требуется 100-процентная компиляция AOT. Примером может служить iOS.
• В других сценариях большая часть кода приложения компилируется с помощью AOT, но для некоторых частей используется JIT-компилятор. Некоторые шаблоны кода не распознаются AOT (например, универсальные шаблоны). Примером такой формы компиляции AOT является параметр публикации ready-to-run. Такая форма AOT позволяет использовать преимущества компиляции без ее недостатков.

Сборщик мусора (GC) управляет выделением и освобождением памяти для приложений. Каждый раз, когда код создает новый объект, среда CLR выделяет память для объекта из управляемой кучи. Пока в управляемой куче есть доступное адресное пространство, среда выполнения продолжает выделять пространство для новых объектов. Когда остается недостаточное свободное пространство адресов, сборщик мусора проверяет наличие объектов в управляемой куче, которые больше не используются приложением. Затем эта память освобождается.

GC — это одна из служб CLR, которая помогает обеспечить безопасность памяти. Программа является безопасной по памяти, если она обращается только к выделенной памяти. Например, среда выполнения гарантирует, что приложение не обращается к невыделенной памяти за пределами границ массива.

Дополнительные сведения о сборке мусора см. в статьях Автоматическое управление памятью и Основы сборки мусора.

Иногда код должен ссылаться на неуправляемые ресурсы. Неуправляемые ресурсы — это ресурсы, которые не обслуживаются средой выполнения .NET автоматически. Например, к неуправляемым ресурсам относятся дескрипторы файлов. Объект FileStream — управляемый, но он ссылается на дескриптор файла, который является неуправляемым ресурсом. После окончания работы с FileStream нужно явным образом освободить дескриптор файла.

В среде .NET объекты, которые ссылаются на неуправляемые ресурсы, реализуют интерфейс IDisposable. После окончания работы с объектом вызовите метод Dispose() объекта, который отвечает за освобождение неуправляемых ресурсов. Языки .NET предоставляют удобный using оператор ( using , F #, VB), который обеспечивает вызов метода.

Дополнительные сведения см. в разделе Очистка неуправляемых ресурсов.

Модели развертывания

Приложения .NET можно публиковать в двух разных режимах:

При публикации автономного приложения создается исполняемый файл, который включает среду выполнения и библиотеки .NET, а также приложение и его зависимости. Пользователи приложения могут запустить его на компьютере, на котором не установлена среда выполнения .NET. Автономные приложения зависят от платформы и при необходимости могут быть опубликованы в виде компиляции AOT.

При публикации приложения в качестве зависимого от платформы создаются исполняемый файл и двоичные файлы (файлыDLL), включающие только само приложение и его зависимости. Пользователям приложения необходимо отдельно установить среду выполнения .NET. Исполняемый файл зависит от платформы, однако файлы DLL приложений, зависящих от платформы, являются кроссплатформенными.

Можно установить несколько версий среды выполнения параллельно, чтобы запускать зависящие от платформы приложения, предназначенные для разных версий среды выполнения. Дополнительные сведения см. в разделе Целевые платформы.

Исполняемые файлы создаются для конкретных целевых платформ, которые указываются с помощью идентификатора среды выполнения (RID).

Библиотеки среды выполнения.

.NET имеет обширный стандартный набор библиотек классов, известный как библиотеки среды выполнения, библиотеки платформы или библиотеки базовых классов (BCL). Эти библиотеки предоставляют реализации для многих общих и зависящих от рабочей нагрузки типов, а также функциональные возможности.

Ниже приведены некоторые примеры типов, определенных в библиотеках среды выполнения .NET:

• Каждый тип .NET является производным от System.Object типа.
• Примитивные типы, например System.Boolean и System.Int32.
• Коллекции, такие как System.Collections.Generic.List<T> и System.Collections.Generic.Dictionary<TKey,TValue>.
• Типы данных, такие как System.Data.DataSet и System.Data.DataTable.
• Служебные сетевые типы, такие как System.Net.Http.HttpClient.
• Типы служебной программы ввода-вывода File и Stream , такие как и System.IO.TextWriter .
• Типы служебной программы сериализации , такие как и System.Xml.Serialization.XmlSerializer .
• Высокопроизводительные типы, такие как System.Span<T> , System.Numerics.Vector и System.Span<T>.

Библиотеки для некоторых часто используемых функциональных возможностей приложения не включены в библиотеки среды выполнения, но доступны в пакетах NuGet, как показано ниже.

Пакет NuGet Документация Microsoft.Extensions.Hosting Управление жизненным циклом приложения (универсальный узел) Microsoft.Extensions.DependencyInjection Внедрение зависимостей Microsoft.Extensions.Configuration Конфигурация Microsoft.Extensions.Logging Logging Microsoft.Extensions.Options Шаблон параметров

Доступ к данным

.NET предоставляет объектно-реляционный модуль сопоставления (ORM) и способ написания SQL-запросов в коде.

Entity Framework (EF) Core — это кроссплатформенная технология доступа к данным на разных платформах с открытым исходным кодом, которая может служить в качестве ORM. EF Core позволяет работать с базой данных, ссылаясь на объекты .NET в коде. Это сокращает объем кода доступа к данным, который в противном случае потребуется для написания и тестирования. EF Core поддерживает множество систем баз данных.

LINQ позволяет писать декларативный код для работы с данными. Данные могут быть представлены разными формами (например, объектами в памяти, содержимым базы данных SQL или XML-документом), но обычно создаваемый код LINQ не отличается для каждого из источников данных.

Терминология

Для понимания документации по .NET важно понять, как использование некоторых терминов изменилось со временем.

В 2002 году корпорация Майкрософт выпустила .NET Framework, платформу разработки для создания приложений Windows. Сегодня доступна версия 4.8 платформы .NET Framework, и она по-прежнему поддерживается Майкрософт.

В 2014 году корпорация Майкрософт начала создавать кроссплатформенный преемник платформы .NET Framework с открытым кодом. Эта новая реализация .NET носит имя .NET Core до версии 3.1. Следующая версия после .NET Core 3.1 — .NET 5. Следовательно, .NET 5+ (знак "плюс" означает более поздние версии) и .NET Core ссылаются на одну и ту же реализацию .NET.

Номер версии 4 был пропущен во избежание путаницы между .NET Framework и .NET Core/5+. Слово Core было исключено из имени .NET Core, чтобы указать на то, что эта реализация .NET теперь является основной. Слово Core остается в версиях 5+ ASP.NET Core и Entity Framework Core.

Документация также относится к .NET Standard. .NET Standard — это спецификация API, которая позволяет разрабатывать библиотеки классов для нескольких реализаций .NET.

Часть терминологии .NET может показаться запутанной, поскольку одно и то же слово используется по-разному в разных контекстах. Ниже приведены некоторые из более заметных примеров:

.NET

.NET — это общий термин для целой платформы разработки, в том числе для всех реализаций .NET. В последнее время термин .NET также может применяться к реализации .NET, которая включает все версии .NET Core (1.0–3.1) и последующие версии без "Core" в имени, например .NET 5 и 6.

Среда выполнения

платформа

Пакет SDK

platform

CLI

Дополнительные сведения о терминологии .NET см. в разделе Глоссарий .NET.

Сложные сценарии

В следующих разделах описываются некоторые возможности .NET, которые полезны в расширенных сценариях.

Все операционные системы имеют API-интерфейс, предоставляющий системные службы. .NET предоставляет несколько способов использовать эти API.

Основным способом осуществления взаимодействия с собственными API является "вызов неуправляемого кода" или сокращенно P/Invoke. P/Invoke поддерживается на платформах Linux и Windows. Способ, который подходит только для Windows, называется "COM-взаимодействием" и используется для работы с COM-компонентами в управляемом коде. Он основан на инфраструктуре P/Invoke, но работает иначе.

В зависимости от языковой поддержки среды CLR позволяет обращаться к внутренней памяти выполнять арифметические операции с указателями в коде unsafe . Эти операции необходимы для реализации определенных алгоритмов и системного взаимодействия. Хотя небезопасный код и предоставляет обширные возможности, использовать его не рекомендуется, если только это не требуется для взаимодействия с системными API или реализации максимально эффективного алгоритма. Небезопасный код может выполняться по-разному в разных средах, а также терять преимущества сборщика мусора и безопасности типов. Рекомендуется четко отделить и централизовать небезопасный код, а также тщательно протестировать его.