.NET、NET Framewor以及.NET Core的关系（一）

什么是.NET？什么是.NET Framework?本文将从上往下，循序渐进的介绍一系列相关.NET的概念，先从类型系统开始讲起，我将通过跨语言操作这个例子来逐渐引入一系列.NET的相关概念，这主要包括：CLS、CTS(CLI)、FCL、Windows下CLR的相关核心组成、Windows下托管程序运行概念、什么是.NET Framework，.NET Core，.NET Standard及一些VS编译器相关杂项和相关阅读链接。完整的从上读到下则你可以理解个大概的.NET体系。

文章是我一字一字亲手码出来的，每天下班用休息时间写一点，持续了二十来天。且对于文章上下衔接、概念引入花了很多心思，致力让很多概念在本文中显得通俗。但毕竟.NET系统很庞大，本文篇幅有限，所以在部分小节中我会给出延伸阅读的链接，在文章结尾我给出了一些小的建议，希望能对需要帮助的人带来帮助，如果想与我交流可以文章留言或者加.NET技术交流群：166843154

.NET和C#是什么关系

语言，是人们进行沟通表达的主要方式。编程语言，是人与机器沟通的表达方式。不同的编程语言，其侧重点不同。有的编程语言是为了科学计算而开发的，所以其语法和功能更偏向于函数式思想。有些则是为了开发应用程序而创立的，所以其语法和功能更为均衡全面。

微软公司是全球最大的电脑软件提供商，为了占据开发者市场，进而在2002年推出了Visual Studio(简称VS，是微软提供给开发者的工具集) .NET 1.0版本的开发者平台。而为了吸引更多的开发者涌入平台，微软还在2002年宣布推出一个特性强大并且与.NET平台无缝集成的编程语言，即C# 1.0正式版。
只要是.NET支持的编程语言，开发者就可以通过.NET平台提供的工具服务和框架支持便捷的开发应用程序。

C#就是为宣传.NET而创立的，它直接集成于Visual Studio .NET中，VB也在.NET 1.0发布后对其进行支持， 所以这两门语言与.NET平台耦合度很高，并且.NET上的技术大多都是以C#编程语言为示例，所以经常就.NET和C#混为一谈(实质上它们是相辅相成的两个概念)。
而作为一个开发者平台，它不仅仅是包含开发环境、技术框架、社区论坛、服务支持等，它还强调了平台的跨语言、跨平台编程的两个特性。

跨语言和跨平台是什么

跨语言：即只要是面向.NET平台的编程语言((C#、Visual Basic、C++/CLI、Eiffel、F#、IronPython、IronRuby、PowerBuilder、Visual COBOL 以及 Windows PowerShell))，用其中一种语言编写的类型可以无缝地用在另一种语言编写的应用程序中的互操作性。
跨平台：一次编译，不需要任何代码修改，应用程序就可以运行在任意有.NET框架实现的平台上，即代码不依赖于操作系统，也不依赖硬件环境。

什么是跨语言互操作，什么是CLS

每门语言在最初被设计时都有其在功能和语法上的定位，让不同的人使用擅长的语言去干合适的事，这在团队协作时尤为重要。
.NET平台上的跨语言是通过CLS这个概念来实现的，接下来我就以C#和VB来演示 什么是.NET中的跨语言互操作性。

通俗来说，虽然c#和vb是两个不同的语言，但此处c#写的类可以在vb中当做自家写的类一样正常使用。

比如我在vb中写了一个针对String的首字母大写的扩展方法，将其编译后的dll引用至C#项目中。

 

在C#项目中，可以像自身代码一样正常使用来自vb这个dll的扩展方法。

 

现在有那么多面向对象语言，但不是所有编程语言都能这样直接互操作使用，而.NET平台支持的C#和VB之所以能这样无缝衔接，先读而后知，后文将会介绍缘由。不过虽然.NET平台提供了这样一个互操作的特性，但终究语言是不一样的，每个语言有其特色和差异处，在相互操作的时候就会难免遇到一些例外情况。

比如我在C#中定义了一个基类，类里面包含一个公开的指针类型的成员，我想在vb中继承这个类，并访问这个公开的成员。

 

但是vb语言因为其定位不需要指针，所以并没有C#中如int*这样的指针类型，所以在vb中访问一个该语言不支持的类型会报错的，会提示：字段的类型不受支持。

再比如，C#语言中，对类名是区分大小写的，我在C#中定义了两个类，一个叫BaseBusiness，另一个叫baseBusiness。我在vb中去继承这个BaseBusiness类。

 

如图，在vb中访问这个类会报错的，报:"BaseBusiness"不明确，这是因为在vb中对类名是不区分大小写的。在vb中，它认为它同时访问了两个一模一样的类，所以按照vb的规则这是不合理的。那么为了在vb调用c#的程序集中避免这些因语言的差异性而导致的错误，在编写c#代码的时候 就应该提前知道vb中的这些规则，来应付式的开发。 

但是，如果我想不仅仅局限于C#和VB，我还想我编写的代码在.Net平台上通用的话，那么我还必须得知道.NET平台支持的每一种语言和我编写代码所使用的语言的差异，从而在编写代码中避免这些。

这几年编程语言层出不穷，在将来.NET可能还会支持更多的语言，如果说对一个开发者而言掌握所有语言的差异处这是不现实的，所以.NET专门为此参考每种语言并找出了语言间的共性，然后定义了一组规则，开发者都遵守这个规则来编码，那么代码就能被任意.NET平台支持的语言所通用。
而与其说是规则，不如说它是一组语言互操作的标准规范，它就是公共语言规范 - Common Language Specification ,简称CLS

 

 CLS从类型、命名、事件、属性、数组等方面对语言进行了共性的定义及规范。这些东西被提交给欧洲计算机制造联合会ECMA，称为：共同语言基础设施。

就以类型而言，CLS定义了在C#语言中符合规范的类型和不符合的有：

 

当然，就编码角度而言，我们不是必须要看那些详略的文档。为了方便开发者开发，.NET提供了一个特性，名叫：CLSCompliantAttribute，代码被CLSCompliantAttribute标记后，如果你写的代码不符合CLS规范的话，编译器就会给你一条警告。

 

 

值得一提的是，CLS规则只是面向那些公开可被其它程序集访问的成员，如public、继承的protected，对于该程序集的内部成员如Private、internal则不会执行该检测规则。也就是说，所适应的CLS遵从性规则，仅是那些公开的成员，而非私有实现。

 

那么有没有那种特殊情况，比如我通过反射技术来访问该程序集中，当前语言并不拥有的类型时会发生什么情况呢？

答案是可以尝试的，如用vb反射访问c#中的char*指针类型，即使vb中没有char*这种等价的指针类型，但mscorlib提供了针对指针类型的 Pointer 包装类供其访问，可以从运行时类携带的类型名称看到其原本的类型名。

 

可以看到，该类中的元素是不符合CLS规范的。

CLS异常

提到特殊情况，还要说的一点就是异常处理。.NET框架组成中定义了异常类型系统，在编译器角度，所有catch捕获的异常都必须继承自System.Exception，如果你要调用一个 由不遵循此规范的语言 抛出其它类型的异常对象(C++允许抛出任何类型的异常，如C#调用C++代码，C++抛出一个string类型的异常)，在C#2.0之前Catch(Exception)是捕捉不了的，但之后的版本可以。
在后续版本中，微软提供了System.Runtime.CompilerServices.RuntimeWrappedException异常类，将那些不符合CLS的包含Exception的对象封装起来。并且可以通过RuntimeCompatibilityAttribute特性来过滤这些异常。
RuntimeWrappedException ：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.runtime.compilerservices.runtimewrappedexception?view=netframework-4.7.2

那么，这个段落总结一下，什么是CLS呢？

在面向.NET开发中，编写跨语言组件时所遵循的那些共性，那些规范就叫做 Common Langrage Specification简称 CLS，公共语言规范 
官方CLS介绍：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/language-independence-and-language-independent-components

什么是CTS？

如果理解了什么是CLS的话，那么你将很轻松理解什么是CTS。
假设你已经围绕着封装 继承 多态 这3个特性设计出了多款面向对象的语言，你发现大家都是面向对象，都能很好的将现实中的对象模型表达出来。除了语法和功能擅长不同，语言的定义和设计结构其实都差不多一回事。

比如，现实中你看到了一辆小汽车，这辆车里坐着两个人，那么如何用这门语言来表达这样的一个概念和场面？
首先要为这门语言横向定义一个“类型”的概念。接下来在程序中就可以这样表示：有一个汽车类型，有一个人类型，在一个汽车类型的对象内包含着两个人类型的对象，因为要表达出这个模型，你又引入了“对象”的概念 。而现在，你又看到，汽车里面的人做出了开车的这样一个动作，由此你又引入了“动作指令”这样一个概念。
接着，你又恍然大悟总结出一个定理，无论是什么样的“类型”，都只会存在这样一个特征，即活着的 带生命特征的(如人) 和 死的 没有生命特征的(如汽车) 这两者中的一个。最后，随着思想模型的成熟，你发现，这个“类型”就相当于一个富有主体特征的一组指令的集合。
好，然后你开始照葫芦画瓢。你参考其它程序语言，你发现大家都是用class来表示类的含义，用struct表示结构的含义，用new来表示 新建一个对象的含义，于是，你对这部分功能的语法也使用class和new关键字来表示。然后你又发现，他们还用很多关键字来更丰富的表示这些现实模型，比如override、virtual等。于是，在不断的思想升级和借鉴后，你对这个设计语言过程中思想的变化仔细分析，对这套语言体系给抽象归纳，最终总结出一套体系。

于是你对其它人这样说，我总结出了一门语言很多必要的东西如两种主要类别：值类别和引用类别，五个主要类型：类、接口、委托、结构、枚举，我还规定了，一个类型可以包含字段、属性、方法、事件等成员，我还指定了每种类型的可见性规则和类型成员的访问规则，等等等等，只要按照我这个体系来设计语言，设计出来的语言它能够拥有很多不错的特性，比如跨语言，跨平台等，C#和VB.net之所以能够这样就是因为这两门语言的设计符合我这个体系。

那么，什么是CTS呢？

当你需要设计面向.Net的语言时所需要遵循一个体系(.Net平台下的语言都支持的一个体系)这个体系就是CTS（Common Type System 公共类型系统），它包括但不限于：

  • 建立用于跨语言执行的框架。

  • 提供面向对象的模型，支持在 .NET 实现上实现各种语言。

  • 定义处理类型时所有语言都必须遵守的一组规则(CLS)。

  • 提供包含应用程序开发中使用的基本基元数据类型（如 Boolean、Byte、Char 等）的库。

上文的CLS是CTS（Common Type System 公共类型系统）这个体系中的子集。
一个编程语言，如果它能够支持CTS，那么我们就称它为面向.NET平台的语言。
官方CTS介绍： https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/common-type-system 

微软已经将CTS和.NET的一些其它组件，提交给ECMA以成为公开的标准，最后形成的标准称为CLI（Common Language Infrastructure）公共语言基础结构。
所以有的时候你见到的书籍或文章有的只提起CTS，有的只提起CLI，请不要奇怪，你可以宽泛的把他们理解成一个意思，CLI是微软将CTS等内容提交给国际组织计算机制造联合会ECMA的一个工业标准。

什么是类库？

在CTS中有一条就是要求基元数据类型的类库。我们先搞清什么是类库？类库就是类的逻辑集合，你开发工作中你用过或自己编写过很多工具类，比如搞Web的经常要用到的 JsonHelper、XmlHelper、HttpHelper等等，这些类通常都会在命名为Tool、Utility等这样的项目中。 像这些类的集合我们可以在逻辑上称之为 "类库"，比如这些Helper我们统称为工具类库。

什么是基础类库BCL？

当你通过VS创建一个项目后，你这个项目就已经引用好了通过.NET下的语言编写好的一些类库。比如控制台中你直接就可以用ConSole类来输出信息，或者using System.IO 即可通过File类对文件进行读取或写入操作，这些类都是微软帮你写好的，不用你自己去编写，它帮你编写了一个面向.NET的开发语言中使用的基本的功能，这部分类，我们称之为BCL（Base Class Library）， 基础类库，它们大多都包含在System命名空间下。

基础类库BCL包含：基本数据类型，文件操作，集合，自定义属性，格式设置，安全属性，I/O流，字符串操作，事件日志等的类型

什么是框架类库FCL？

有关BCL的就不在此一一类举。.NET之大，发展至今，由微软帮助开发人员编写的类库越来越多，这让我们开发人员开发更加容易。由微软开发的类库统称为：FCL，Framework Class Library ，.NET框架类库，我上述所表达的BCL就是FCL中的一个基础部分，FCL中大部分类都是通过C#来编写的。

在FCL中，除了最基础的那部分BCL之外，还包含我们常见的 如 ： 用于网站开发技术的 ASP.NET类库，该子类包含webform/webpage/mvc，用于桌面开发的 WPF类库、WinForm类库，用于通信交互的WCF、asp.net web api、Web Service类库等等

什么是基元类型？

像上文在CTS中提到了 基本基元数据类型，大家知道，每门语言都会定义一些基础的类型，比如C#通过 int 来定义整型，用 string 来定义 字符串 ，用 object 来定义 根类。当我们来描述这样一个类型的对象时可以有这两种写法，如图：

 

我们可以看到，上边用首字母小写的蓝色体string、object能描述，用首字母大写的浅蓝色String、Object也能描述,这两种表述方式有何不同？

要知道，在vs默认的颜色方案中，蓝色体 代表关键字，浅蓝色体 代表类型。
那么这样也就意味着，由微软提供的FCL类库里面 包含了 一些用于描述数据类型的 基础类型，无论我们使用的是什么语言，只要引用了FCL，我们都可以通过new一个类的方式来表达数据类型。
如图：

 

用new来创建这些类型的对象，但这样就太繁琐，所以C#就用 int关键字来表示System.Int32，用 string关键字来表示 System.String等，所以我们才能这样去写。

 

像这样被表述于编译器直接支持的类型叫做基元类型，它被直接映射于BCL中具体的类。

下面是部分面向.NET的语言的基元类型与对应的BCL的类别图 ：

 

System.Object的意义

说起类型，这里要说CTS定义的一个非常重要的规则，就是类与类之间只能单继承，System.Object类是所有类型的根，任何类都是显式或隐式的继承于System.Object。

    System.Object定义了类型的最基本的行为：用于实例比较的Equals系列方法、用于Hash表中Hash码的GetHashCode、用于Clr运行时获取的类型信息GetType、用于表示当前对象字符串的ToString、用于执行实例的浅复制MemberwiseClone、用于GC回收前操作的析构方法Finalize 这6类方法。

所以 Object不仅是C#语言的类型根、还是VB等所有面向.NET的语言的类型根，它是整个FCL的类型根。

   当然，CTS定义了单继承，很多编程语言都满足这个规则，但也有语言是例外，如C++就不做继承限制，可以继承多个，C++/CLI作为C++在对.NET的CLI实现，如果在非托管编码中多继承那也可以，如果试图在托管代码中多继承，那就会报错。我前面已经举过这样特殊情况的例子，这也在另一方面反映出，各语言对CTS的支持并不是都如C#那样全面的，我们只需明记一点：对于符合CTS的那部分自然就按照CTS定义的规则来。 任何可遵循CTS的类型规范，同时又有.NET运行时的实现的编程语言就可以成为.NET中的一员。

计算机是如何运行程序的？

接下来我要说什么是.NET的跨平台，并解释为什么能够跨语言。不过要想知道什么是跨平台，首先你得知道一个程序是如何在本机上运行的。

什么是CPU

CPU,全称Central Processing Unit,叫做中央处理器,它是一块超大规模的集成电路，是计算机组成上必不可少的组成硬件，没了它，计算机就是个壳。
无论你编程水平怎样，你都应该先知道，CPU是一台计算机的运算核心和控制核心，CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，执行指令。
我们运行一个程序，CPU就会不断的读取程序中的指令并执行，直到关闭程序。事实上，从电脑开机开始，CPU就一直在不断的执行指令直到电脑关机。

什么是高级编程语言

在计算机角度，每一种CPU类型都有自己可以识别的一套指令集，计算机不管你这个程序是用什么语言来编写的，其最终只认其CPU能够识别的二进制指令集。
在早期计算机刚发展的时代，人们都是直接输入01010101这样的没有语义的二进制指令来让计算机工作的，可读性几乎没有，没人愿意直接编写那些没有可读性、繁琐、费时，易出差错的二进制01代码，所以后来才出现了编程语言。

编程语言的诞生，使得人们编写的代码有了可读性，有了语义，与直接用01相比，更有利于记忆。
而前面说了，计算机最终只识别二进制的指令，那么，我们用编程语言编写出来的代码就必须要转换成供机器识别的指令。
就像这样：

code: 1+2 function 翻译方法(参数:code) 
{ 
    ... 
    "1"=>"001"; 
    "2"=>"002";    "+"=>"000"; 
    return 能让机器识别的二进制代码; 
} 
call 翻译方法("1+2") => "001 000 002"

所以从一门编程语言所编写的代码文件转换成能让本机识别的指令，这中间是需要一个翻译的过程。
而我们现在计算机上是运载着操作系统的，光翻译成机器指令也不行，还得让代码文件转化成可供操作系统执行的程序才行。
那么这些步骤，就是编程语言所对应的编译环节的工程了。这个翻译过程是需要工具来完成，我们把它叫做 编译器。

不同厂商的CPU有着不同的指令集，为了克服面向CPU的指令集的难读、难编、难记和易出错的缺点，后来就出现了面向特定CPU的特定汇编语言， 比如我打上这样的x86汇编指令 mov ax,bx ，然后用上用机器码做的汇编器，它将会被翻译成 1000100111011000 这样的二进制01格式的机器指令.

不同CPU架构上的汇编语言指令不同，而为了统一一套写法，同时又不失汇编的表达能力，C语言就诞生了。
用C语言写的代码文件，会被C编译器先转换成对应平台的汇编指令，再转成机器码，最后将这些过程中产生的中间模块链接成一个可以被操作系统执行的程序。

那么汇编语言和C语言比较，我们就不需要去阅读特定CPU的汇编码，我只需要写通用的C源码就可以实现程序的编写，我们用将更偏机器实现的汇编语言称为低级语言，与汇编相比，C语言就称之为高级语言。

在看看我们C#，我们在编码的时候都不需要过于偏向特定平台的实现，翻译过程也基本遵循这个过程。它的编译模型和C语言类似，都是属于这种间接转换的中间步骤，故而能够跨平台。
所以就类似于C/C#等这样的高级语言来说是不区分平台的，而在于其背后支持的这个 翻译原理 是否能支持其它平台。

什么是托管代码，托管语言，托管模块？

作为一门年轻的语言，C#借鉴了许多语言的长处，与C比较，C#则更为高级。
往往一段简小的C#代码，其功能却相当于C的一大段代码，并且用C#语言你几乎不需要指针的使用，这也就意味着你几乎不需要进行人为的内存管控与安全考虑因素，也不需要多懂一些操作系统的知识，这让编写程序变得更加轻松和快捷。

如果说C#一段代码可以完成其它低级语言一大段任务，那么我们可以说它特性丰富或者类库丰富。而用C#编程不需要人为内存管控是怎么做到的呢？
    .NET提供了一个垃圾回收器(GC)来完成这部分工作，当你创建类型的时候，它会自动给你分配所需要的这部分内存空间。就相当于，有一个专门的软件或进程，它会读取你的代码，然后当你执行这行代码的时候，它帮你做了内存分配工作。 这部分本该你做的工作，它帮你做了，这就是“托管”的概念。比如现实中 托管店铺、托管教育等这样的别人替你完成的概念。

因此，C#被称之为托管语言。C#编写的代码也就称之为托管代码,C#生成的模块称之为托管模块等。(对于托管的资源，是不需要也无法我们人工去干预的，但我们可以了解它的一些机制原理，在后文我会简单介绍。)

只要有比较，就会产生概念。那么在C#角度，那些脱离了.NET提供的诸如垃圾回收器这样的环境管制，就是对应的 非托管了。

非托管的异常

我们编写的程序有的模块是由托管代码编写，有的模块则调用了非托管代码。在.NET Framework中也有一套基于此操作系统SEH的异常机制，理想的机制设定下我们可以直接通过catch(e)或catch来捕获指定的异常和框架设计人员允许我们捕获的异常。

而异常类型的级别也有大有小，有小到可以直接框架本身或用代码处理的，有大到需要操作系统的异常机制来处理。.NET会对那些能让程序崩溃的异常类型给进行标记，对于这部分异常，在.NET Framework 4.0之前允许开发人员在代码中自己去处理，但4.0版本之后有所变更，这些被标记的异常默认不会在托管环境中抛出(即无法catch到)，而是由操作系统的SEH机制去处理。 
不过如果你仍然想在代码中捕获处理这样的异常也是可以的，你可以对需要捕获的方法上标记[System.Runtime.ExceptionServices.HandleProcessCorruptedStateExceptionsAttribute]特性，就可以在该方法内通过catch捕获到该类型的异常。你也可以通过在配置文件中添加运行时节点来对全局进行这样的一个配置：

HandleProcessCorruptedStateExceptions特性：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/azure/system.runtime.exceptionservices.handleprocesscorruptedstateexceptionsattribute.aspx 
SEHException类：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.runtime.interopservices.sehexception(v=vs.100).aspx 
处理损坏状态异常博客专栏： https://msdn.microsoft.com/zh-cn/magazine/dd419661.aspx

posted @ 2018-07-04 13:03  萨姆大叔  阅读(1630)  评论(0)  编辑  收藏  举报