Предисловие. 
Программирование. 
Базовый курс с#

Книга предназначена для студентов, изучающих программирование, а также для читателей, желающих самостоятельно освоить язык программирования С#. В отличие от достаточно многочисленных руководств по C# данная книга посвящена именно тем основам языка, без знания которых невозможно обойтись при его практическом применении и изучении справочных материалов.

В фундаментальных современных справочниках и руководствах по языку C# обязательно приводят сведения об усовершенствованиях и изменениях, последовательно появлявшихся в его версиях.

В версии 1.0 (2002 г.) C# был очень похож на Java, т. е. это был «простой объектно-ориентированный язык общего назначения», но с событиями, свойствами, делегатами (и, конечно, с классами и структурами).

В версии 2.0 C# (2005 г.) появились обобщения, разделяемые типы, анонимные методы, итераторы.

В версию 3.0 C# (2007 г.) были включены автореализуемые свойства, анонимные типы, лямбда-выражения, методы расширения, неявно типизированные переменные, разделяемые методы, технология LINQ, инициализаторы объектов и коллекций. Включение в версию 3.0 перечисленных средств постепенно превращало C# в гибридный язык, пригодный не только для процедурного и объектно-ориентированного программирования, но и позволяющий применять методологию функционального программирования.

В версию 4.0 C# (2010 г.) была включена динамическая привязка, именованные аргументы и классы для поддержки асинхронного программирования.

В версии 5.0 C# (2012 г.) в язык C# были внедрены удобные средства асинхронного программирования.

В версии 6.0 C# (2015 г.) усилия разработчиков языка были направлены на повышение выразительных возможностей языка. Были добавлены фильтры исключений, инициализаторы свойств, интерполяция строк, сжатые до выражения свойства.

В версии 7.0 C# (2017 г.) появились переменные, объявляемые как аргументы с модификатором out, кортежи и деконструкторы, локальные методы, методы, сжатые до выражений, сжатые до выражений аксессоры свойств и индексаторов, пустые аргументы для параметров с модификатором out, возвращаемые значения в виде ссылок с модификатором ref.

Сведения об эволюции языка C# и росте его выразительных возможностей мы привели для того, чтобы обратить внимание читателя на тот факт, что в настоящее время в языке C# начали появляться «атавизмы» — устаревшие средства, которые можно использовать, которые поддерживаются компиляторами, но для которых в современной версии языка есть эффективные замены. Например, из разбираемого в данной книге таким атавизмом являются анонимные методы, заменой которых служат лямбда-выражения. Вторым примером может служить класс Tuple, вместо которого сегодня применяют структуру ValueTuple, и т. д.

Вторая цель перечисления версий языка C# и развития его средств состояла сейчас в том, чтобы обратить внимание читателя на трудность изучения программирования на C# по справочникам и многочисленным примерам, доступным сегодня в электронном виде. Связано это с существованием разных уровней усвоения С#. Такой язык программирования, как С#, нельзя изучать «линейно», условно говоря, «от аксиом к теоремам, задачам и выводам», поэтому изложение материала (языка C# и программирования на С#) будет проходить «по спирали». К некоторым понятиям, использованным в той или иной иллюстративной программе с краткими пояснениями, в следующих главах обращаются вновь, постепенно полностью объясняя их.

Но насколько глубоко и подробно следует изучать синтаксис и конструкции языка, чтобы начать программировать? Вопрос почти философский. Его задавали и пытались на него ответить программисты и авторы алгоритмических языков уже много раз. Попытки минимизировать количество выразительных средств языка процедурного программирования привели к выводу, что для разработки программ (без учета обращений к внешним устройствам хранения и предоставления информации) достаточно иметь оператор присваивания, условный оператор и оператор безусловного перехода. Но названный минимальный набор операторов будет достаточен только в том случае, если для представления обрабатываемых данных будут использоваться только константы и переменные тех типов, для которых в языке фиксирован конкретный набор операций. В языке C# существуют не только константы и переменные. В нем имеется много конструкций для представления данных. Раз так, то необходимо изучать арсенал средств автоматизации кодирования, учитывающих названное многообразие структур для представления данных. Именно это даст возможность профессионально программировать на С#.

Какие трудности при этом существуют? Если обратиться к эволюции языков программирования, то увидим, что вначале языки назывались алгоритмическими и создавались в основном для автоматизации математических вычислений (классический пример Fortran и Algol 60). Такие языки включали (кроме названного минимального набора операторов) средства представления массивов, операторы для организации циклов и возможности создания подпрограмм и функций.

Не пытаясь проследить дальнейшее развитие языков программирования, остановимся на С#. Его коренное отличие от многих предшествующих языков — явное деление типов на два вида: типы ссылок и типы значений. К математике и к вычислительным методам это деление имеет весьма отдаленное отношение. Его назначение — повысить эффективность выполнения программ за счет учета аппаратурных и архитектурных особенностей той среды, в которой выполняется программа после ее компиляции. Указав на эту особенность языка С#, отметим, что она создает трудности при его изучении. Если в классическом процедурном языке для интуитивного понимания того, что такое переменная, было достаточно представления о переменной из школьного курса алгебры, то в языке C# этого недостаточно. Явное отделение типов значений от ссылочных типов приводит к необходимости разбирать вопрос о том, что такое ссылка и чем отличается нулевая ссылка от переменной с типом значений, имеющей значение нуль. Эти вопросы будут подробно рассмотрены в книге, а сейчас кратко остановимся на содержании глав.

В книге 18 глав. Глава 1 дает общее представление о структуре простейшей программы на языке С#. Главы 2—6 знакомят читателя с такими базовыми понятиями процедурного программирования, как константы, переменные, выражения, операторы. Однако процедурный подход к созданию программ на языке C# с неизбежностью приводит к применению тех или иных классов и объектов. Даже традиционные для языков программирования переменные базовых типов в языке C# являются «проекциями» на классы и структуры из .NET Framework. Платформа .NET Framework и особенности базовых типов языка С#, реализованных средствами ее библиотечных классов, описаны в главе 5.

Главы 7 и 8 посвящены массивам и строкам. Для массивов и строк языка C# приходится различать объекты и ссылки на них. Тем самым читатель с необходимостью приходит к пониманию назначения конструкторов и особенностям применения операции new.

В главе 9 рассмотрены синтаксис и семантика методов языка С#, все виды параметров и особенности применения ссылок в качестве параметров. Подробно описаны: перегрузка методов, рекурсивные методы, локальные методы и методы с переменным числом аргументов.

Глава 10, описывающая классы как контейнеры их статических членов, завершает изложение традиционного для процедурных языков подхода к программированию. Набор определенных пользователем классов с их статическими данными и методами позволяет решать в процедурном стиле практически любые задачи программирования. Используя средства глав 2—10, читатель может перевести на C# программу с языков С, Паскаль или Фортран. Как таковое объектно-ориентированное программирование начинается с определения пользовательских классов (глава 11). Глава 12 продолжает эту тему и посвящена концепции инкапсуляции, т. е. изучению средств создания классов, объекты которых скрывают свою внутреннюю структуру.

Глава 13 посвящена отношениям между классами (и их объектами). Особое внимание уделено наследованию, абстрактным классам и виртуальным членам.

Язык C# дает возможность программисту вводить свои (пользовательские) типы не только с помощью классов, но и с помощью структур, перечислений, интерфейсов и делегатов. Эти средства рассматриваются в главах 14, 15 и 17. В главе 14 рассматриваются интерфейсы, обеспечивающие множественное наследование и создание разных классов, объекты которых обладают единой функциональностью. Структуры и перечисления в языке C# — это типы значений. Именно поэтому в главе 15 рассмотрены операции упаковки и распаковки.

В главе 16 подробно рассмотрен механизм исключений — их генерация и обработка. Описанных возможностей библиотечных классов исключений обычно достаточно для решения типовых задач защиты программ от ошибок.

В .Net Framework делегаты тесно связаны с обработкой событий. Оба этих механизма изучаются в главе 17. Особое внимание уделено реализации с помощью делегатов схемы обратных вызовов.

Глава 18 посвящена обобщениям, механизм которых позволяют существенно повысить уровень абстракции в программировании. Наличие библиотеки обобщенных типов — одна из основных предпосылок снижения трудоемкости разработки программного кода.

Еще несколько слов о языке С#. Это в настоящее время кроссплатформенный язык, который вначале создавался с ориентацией на эффективную работу с платформой .NET Framework. В свою очередь, платформа .NET Framework — это набор библиотек, т. е. модулей с расширением .dll (каждая dll-библиотека — это исполнимый модуль, эквивалентный ехе-файлу, но без точки входа, т. е. без метода MainQ). Инфраструктура .NET Framework в настоящее время доступна для работы в разных операционных системах, что делает C# весьма универсальным средством для разработки портабельных (переносимых) приложений.

В основу книги положена работа автора [11], которая вышла первым изданием в 2011 году и отражала возможности языка C# 3.0. За это время многое изменилось, и в данной книге рассматривается версия C# 7.0. Однако полностью изучать все средства C# 7.0 в начале знакомства с этим языком нет необходимости. В отличие от фундаментальных справочников и монографий по C# (объем которых обычно превышает 1000 страниц) наша книга обеспечит читателя тем оптимальным количеством сведений, которых достаточно, чтобы.

знать

• • основные парадигмы и методологии создания программных продуктов (процедурный, объектный и объектно-ориентированный подходы, механизм обобщений методов и типов);
• • современный язык программирования (синтаксис и семантику языка С#);
• • особенности применения средств платформы .NET;

ю.

• возможности интегрированных сред разработки;

уметь

• • разрабатывать прикладные программы и библиотеки классов с помощью инструментальных интегрированных сред;
• • отлаживать и тестировать создаваемые программные продукты, используя диагностические возможности среды разработки;
• • применять библиотеку классов платформы .NET и свободно (открыто) распространяемые библиотеки;
• • самостоятельно находить новые знания и решения, необходимые для реализации функциональных требований, сформулированных в техническом задании на программный продукт;

владеть навыком

• • решения типовых задач программирования с применением языка программирования C# и передовых инструментальных средств;
• • проектирования и программирования с использованием процедурного, объектного, объектно-ориентированного и обобщенного подходов;
• • применения средств платформы .NET и свободно (открыто) распространяемых библиотек.

Книга доступна начинающему программисту. Для усвоения материала от читателя не требуется предварительных знаний, выходящих за пределы школьной программы по дисциплине «Информатика».