浅析.NET

    学术交流，我们组准备的是《.NET与VB.NET》，我负责的是.NET Framework基础与VB.NET编译原理这两个主题，但是我写着就发现，如果了解.NET Framework，VB.NET编译原理实际上包括在这里面的，所以写着写着就变成了一个主题，本文就从宏观上来给大家介绍一下.NET。

思维导图

    为了从宏观角度看，我画了一个思维导图。

    具体来说，我要说的几个方面是：

    

什么是框架

    解释.NET之前，得先来说一下什么是Framework，翻译过来就是“框架、架构、结构、体系”，总而言之它指的是一类事物、问题的宏观指导和解决方案。所以我们可以把.NET Framework理解为.NET这一整套体系的指导和解决方案，这算是一个概念，实例化之，就是你安装的.NET Framework x.x。

.NET目的

    我们在学一个知识之前要知道它从何而来，要做何用，我的理解是.NET 推出的原因主要有这几点：

• 跨语言
• 跨平台
• 管理机制
• 与JAVA体系抗衡

    以下会着重来说前两点。

.NET组成

    按照先宏观再细节，逐层细化的原则，我们首先需要看看.NET组成。

    .NET组成图

    如果一上来就按下面左边这张图说，老师该揍我了，所以画了下面右边这张图，这样从上而下逐层看会更容易理解。

    

    FCL

    因为本文只是宏观的介绍，所以它所代表的英文缩写大家百度即可。

    FCL在.NET中表现为各种各样的类，例如写一个语句：

 SqlConnection con = new SqlConnection(conn);

    实际上使用的就是FCL中的SqlConnection类，因为都是一些“静止”概念的类，我们可以把它理解为.NET的"属性"，根据它们之间自上而下的依赖，分为三层：

    

• 基础类库，由BCL大部分组成，说白了就是.NET中一些基础类。
  
• 功能类库，XML类库、GDI+等，它包含的是对操作系统功能的封装的类，如I/O操作等的类。
  
• 应用程序层，WinForm、Asp.NET，每个编程语言特有的类。

    BCL

    如上面所说，它是.NET类库的基础部分，大部分包含在FCL中的系统类库中，是最基础的类库，我们以新建一个C#项目为例，新建后打开对象浏览器，看到的mscorlib，就是BCL的一员，它在引用中是无法删除的。

            

    CLR

    它是.NET的执行引擎，负责的是对FCL中类的操作和使用，我们可以把看做.NET的"函数、事件"（即动态）,它主要有两个方面的作用。

• 和JAVA的JVM一样，它保证应用和底层操作系统之间解耦合
• 负责.NET程序的自动管理，比如资源管理、安全检查、异常管理等。

    看一下CLR的常见功能图：

    

    CTS和CLS

    CTS是一套规则、一个协议，是对语言宏观的规范，定义了语言可以做什么，不可以做什么，具有哪些特性。

    任何符合这套规则的高级语言就可以称为面向.NET框架的语言（不必全部符合），这意味着.NET拓展性非常好，可以添加其它高级语言。

    CLS是CTS的一个子集，它也是一套规则协议，不过和CTS不同的是，它是对语言细节的规范：以.NET平台为目标的语言必须支持的最小特征，例如是否区分大小写、命名规则、标识符、构造函数如何使用……

    从上面的组成图可以看到，CTS和CLS位于编程语言和CL之间，这两者的作用就是规范和接口，使不同的编程语言都可以和FCL相通，当然，这就减少了不同语言之间引发的互操作性问题。

    MSIL

    微软中间语言，它类似于汇编语言：比机器语言高级，但又不是高级语言。它是代码编译后的中间语言，它没有与CPU或操作系统挂钩的内容，所以是与CPU解耦的，之所以说它是中间语言，是因为.NET下所有的语言编译后都是MSIL。

    因为它是一种中间语言，CPU不能直接执行，所以MSIL经过即时编译器的解释，才形成了可执行的机器代码，虽然比以前类似VB的语言多了一步，但是这为跨平台执行提供了可能。

    元数据与清单

    它是编译后的一组表格，这个表格包含了所编译内容的基本信息，例如：规定在程序中编译哪些类、 类的成员信息、依赖于哪些程序集……。它相当于一个清单、目录，将一些宏观的内容提取出来，方便程序查阅。

    之所以啰嗦讲这么多的概念，是为后面跨平台、跨语言的解释做准备。

跨语言

    .NET下很优秀的一个功能就是跨语言，何为跨语言？就是.NET上不同语言可以相互使用，甚至继承，为此写了一个简单的Demo：大意是使用VB.NET写一个类并编译成dll，在C#中引用，并继承使用。

    VBNETClass.vb

    VB.NET语言编写的一个类，很简单，只是返回一个字符串，表明这是一个VB.NET的类。

    Public Class VBNETClass
        Public Function GetClassType() As String
            Return "My type is VB.NET"
        End Function

    End Class

        打成dll并引用到C#项目中：

    

    加红显示的VBNET即是我们编译上面VBNETClass类形成的dll，加红显示的其它内容表明这是一个C#程序。

    CSharp.cs

    添加对VBNET的引用，新建了一个名为CSharp的C#类，使用其继承VBNETClass。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using VBNET;

namespace WindowsFormsApplication1
{
  public  class CSharp :VBNETClass
    {
      
    }
}

    因为继承，类CSharp中已包含VBNETClass的GetClassType()函数。

    执行

    写成一个窗口程序，执行。

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {

            CSharp csharp = new CSharp();
            MessageBox.Show(csharp.GetClassType().ToString());
        }

    运行结果

    

    为什么用两种不同语言编写的可以相互引用？下面即将揭晓……

跨平台

    所谓的跨平台，是指可以跨越操作系统或硬件，例如windows系统下编的考试系统可以运行的Linux下，下面这张图显示的是常见的操作系统和CPU。

            

二者原理

    跨语言和跨平台的原理是什么？

    跨语言

    还记得上面提到的MSIL、CLS和CTS、元数据和清单否？正是因为这几部分的配合，才实现跨语言，以上面咱们的跨语言例子为例，流程如下：

• VB.NET和C#都符合CTS，从而保证二者有一致的行为基础
• CLS的存在，使得二者有数据类型的通信基础，映射关系如下：
• 
• 二者相互通信

    跨平台

    例如要在Linux下运行Windows下编译的程序，首先需要做的是在Linux上面安装该系统下的.NET运行环境Mono。还是因为MSIL的存在，及与CLR的配合，将其解释成本地可执行的代码，过程如下：

• 复制编译的DLL到linux系统，配置Mono运行时
• 使用Mono的解释器将复制来的DLL解释为Linux可识别的代码
• 运行程序

    当然，上面说的是理想的情况，就实际情况而言，其它系统的.NET运行环境要么不存在、要么功能有限，另外Windows下的.NET封装了Windows的API，这些功能在其它系统上如何实现也是很头疼的一件事。

执行流程

    为了更好的理解跨平台和跨语言，我们来看一下从代码到执行的过程。

            

    流程如下：

• 将.NET 源代码编译成MSIL
• CLR即时编译器将MSIL解释为本地代码
• 执行代码

    从图上宏观看，CLS部分解释了跨语言，CLR部分解释了跨平台。

知识拓展

    反编译

    使用.NET Reflector可以将DLL反编译为源代码，将EXE或DLL反编译所得，可能和真正代码有出入，但是对我们来说，知道思路已经足够，如下：

    

    防编译

    目前而言，还没有切实的方法防止反编译，可以将类名和类的成员名称修改为无意义字符串，反编译仍可以理解，但是花费的时间会大幅增加。

    反射原理

    以下是在验收张薄的收费系统时看到的一段反射代码：

    

    它的大致原理是：

• 根据DLL的名称加载该DLL
• 根据类名、元数据和表单（见上），加载类

    如果只需要加载类，此处已经完成，但是咱们需要将其转化为符合指定接口的类，所以添加了强制类型转换语句。

    这个大家有兴趣可以深究一下，这里只是为大家提供一个宏观的思路。

总结

    .NET基础就先说到这里，基本上从宏观上解释了一下.NET，如有错误，欢迎指正。

    建议将PPT和本文配合阅读，PPT下载地址：《.NET Framework》。