初识C#

C#（读作See Sharp），它是一门高级编程语言，所谓高级是指，编程分为几个阶段：

  • 机器语言
    由0和1组成，这也是机器能识别的语言，为什么机器能识别呢，简单来说1代表高电压，0代表低电压，硬件中通过高低电压控制其行为，故称其为机器语言
  • 汇编语言
    也称之为低级语言，由于0和1对于人类来说不好记，故在机器语言的基础上发展出汇编语言，汇编语言需要编译器将其转换为机器语言
  • 高级语言
    主要是相对于汇编语言而言的，它是较接近自然语言和数学公式的编程，基本脱离了机器的硬件系统，用人们更易理解的方式编写程序。编写的程序称之为源程序

像 C,C++,C#,Java...都是高级语言，在这里我们就是学习的C#语言

学习C# 能做什么呢？

  • 网页开发
  • 桌面软件开发
  • 游戏开发
  • 手机软件开发

我们先展示一个经典的示例：

using System;

namespace ConsoleApp
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("hello world");
        }
    }
}

首先看 using System;
我们这个程序的功能是在屏幕打印出hello world 这句话，但是要实现这个功能，我们需要用到一些官方提供的代码库来实现这个功能，这个功能在System 这个命名空间下，就跟我们的程序一样，我们自己写的代码是在ConsoleApp 这个命名空间下，通过namespace 关键字指定我们的命名空间，using 是引入相关的命名空间的代码库，但有同学问了，我们的代码里面并没有添加任何其他文件啊，那这个 System库从哪来的呢？

解释这个问题，首先我们先来看看怎么运行我们写的这个代码，由于我们写的程序属于高级程序，机器并不能理解我们要干什么，所以，开发C# 语言的大佬还给我们提供了一个编译器(Compiler)来将我们的源代码编译成机器能理解的语言。

C#程序的编译过程，如下图

image.png

编译器将C#代码编译成DLL/EXE,DLL/EXE包含metadata（清单数据，对代码的描述）和IL（中间语言），IL（中间语言）经过CLR/JIT第二次编译才是机器码

程序的编译过程，步骤理解

  • C#源文件经过CSC.exe把Visual C#程序代码编译成IL文件(这里有很多参数和开关选项,参考 http://blog.chinaunix.net/uid-20715239-id-1219110.html))，编译器编译生成程序集（exe dll）

  • c#代码第一次编译为一种伪代码称微软中间语言(MSIL)和元数据，MSIL和元数据同时储存在exe或dll 文件中，该伪代码是独立于任何CPU 的，所以只要装有.Net FrameWork的机器均可以运行该伪代码，这就增强了c#代码的可移植性。(中间语言IL不是计算机识别语言,此IL文件不能直接被计算机使用)

  • 程序执行时，该伪代码被CLR(Commom Language RunTime)捕获，CLR激活内部的 JIT(Just in time)编译器，将伪代码编译成针对特定CPU的机器语言，当然该步还要进行类型检查等，这样程序就能在任意合理的电脑中运行，得出结果。JIT 的意思为“仅在运行时编译”，整个代码的处理过程要编译两次。（从IL文件到机器语言，这个工程是机器自动实现的）

JIT（即时编辑)又是什么？

  • JIT：即时编译（Just In-Time compile），这是.NET运行可执行程序的基本方式，也就是在需要运行的时候，才将对应的IL代码编译为本机指令。传入JIT的是IL代码（第一次编译生成的代码），输出的是本机代码（机器能识别的代码），然后把结果保存起来用于将来对同一方法的调用，直到应用程序结束，大大提高了效率，所以部分加密软件通过挂钩JIT来进行IL加密，同时又保证程序正常运行。同解释执行的代码相比，JIT的执行效率要高很多。

  • 当JIT需要再调用这些已经被编译好并存储到代码缓存中的方法时，它不用再去解释执行了，而是可以使用代码缓存中已编译好的汇编代码。这能提升你的应用程序的执行效率，因为使用编译好的代码要比运行时去解释要快得多。（JIT将编译好的代码储存在GAC中）

GAC是什么？

  • GAC是Global Assembly Cache，全局程序集缓存的简称。它解决了几个程序共享某一个程序集的问题。不必再将那个被共享的程序集拷贝到应用程序目录了，.NET应用程序在加载的时候，会首先查看全局应用程序集缓存，如果有就可以直接使用，没有再到应用程序目录进行查找。

  • GAC还有一个很重要的作用，所有被放入GAC的程序集都是强名程序集，这样可以保证相同文件名不同版本的程序集被正确的引用，这样解决了COM时代的DLL地狱问题。同时强名还可以防止程序集伪造。

Assembly(程序集)是什么？

  • Assembly是一个包含来程序的名称，版本号，自我描述，文件关联关系和文件位置等信息的一个集合。在.net框架中通过Assembly类来支持，该类位于System.Reflection下，物理位置位于：mscorlib.dll。
  • 我们可以通过Assembly的信息来获取程序的类，实例等编程需要用到的信息。

编译流程

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托管程序集

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回到原先的话题，System库从哪来？
我们的C# 代码运行的前提是你得先安装.Net，当前我们装的是.Net7,无论你的程序是放到windows、macos、linux，第一步就是先安装.Net SDK，它包含了所有你要用到的BCL(基础类库)，我们所用的System就是其中之一，我们无需单独安装C# 编译器，因为安装.Net SDK的时候已经包含了，命令行查看

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接着示例代码讲：
Program 类是默认程序启动类，其中的Main 方法是启动入口，必须是static 静态方法，这是约定，
可能你新建项目时VS 默认创建的Program文件里面没有此Program类和Main 入口函数，只有一行打印代码
Console.WriteLine("hello world");，
那是因为VS给你省略了这部分代码，默认你的代码都是Main 方法中的逻辑

现在让我们手动运行写好的源代码：
打开CMD命令行工具，切换到代码文件夹路径执行一下命令，注意：按照你自己实际的参数执行

dotnet "C:\Program Files\dotnet\sdk\7.0.400-preview.23330.10\Roslyn\bincore\csc.dll" .\Program.cs /r:"C:\Program Files\dotnet\sdk\7.0.400-preview.23330.10\ref\netstandard.dll"

这时会在源代码文件夹下产生一个Program.exe 可执行文件，双击运行，直接闪现黑框，然后消失，这是因为代码很快执行完毕结束了，只需要加一行代码即可

using System;

namespace ConsoleApp
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("hello world");
            Console.ReadLine();//等待用户输入内容，以此阻挡程序结束运行
        }
    }
}

当然，平常我们编程不需要这么麻烦，一般我们都先安装IDE开发工具，我这里使用的是Visual Studio 2022预览版
下载地址
注意选择Community版本，此版本是免费的

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安装工具里面我们一般只需要勾选Web开发和桌面开发就好，如有其他需求开发勾选所需模块即可，安装完开发空间，其可能会自带合适的.Net SDK,如果没有，则可以自行下载相关的SDK 版本
下载地址

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新建一个控制台项目

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按照提示输入项目名称和对应的.Net SDK版本，创建项目，项目名称使用英文，后续你的项目默认命名空间就是项目名

C# 的基本入门就到这里吧

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