Kompaktkurs C# 5.0 (eBook)

1 C# und das .NET-Framework

C# (sprich: see sharp) ist eine von Microsoft entwickelte Programmiersprache für die .NET-Plattform ([HTWG10]). Obwohl man .NET-Programme in ganz verschiedenen Sprachen schreiben kann (unter anderem in C++, Visual Basic, Java, Cobol oder Eiffel), hat Microsoft mit C# eine neue »Haussprache« geschaffen, um damit die Mächtigkeit von .NET voll auszureizen. C# ist eine objektorientierte Sprache, die sich äußerlich stark an Java anlehnt, aber in ihrer Mächtigkeit deutlich darüber hinausgeht. Sie besitzt all jene Eigenschaften, die man benötigt, um Programme nach dem neuesten Stand der Softwaretechnik zu entwickeln.

C# ist keine revolutionäre Sprache. Sie ist vielmehr eine Kombination aus Java, C++ und Visual Basic, wobei man versucht hat, von jeder Sprache die bewährten Eigenschaften zu übernehmen und die komplexen Eigenschaften zu vermeiden. C# wurde von einem kleinen Team unter der Leitung von Anders Hejlsberg entworfen. Hejlsberg ist ein erfahrener Sprachdesigner. Er war bei Borland Chefentwickler von Delphi und ist dafür bekannt, seine Sprachen auf die Bedürfnisse von Praktikern zuzuschneiden.

In diesem Kapitel geben wir einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften von C#. Aufgrund der Ähnlichkeiten zu Java stellen wir dabei die Merkmale von C# denen von Java gegenüber, wobei wir davon ausgehen, dass der Leser bereits programmieren kann und eine Sprache wie Java oder C++ beherrscht. Da man als C#-Entwickler nicht umhinkommt, auch die Grundkonzepte von .NET zu kennen, gehen wir am Ende dieses Kapitels auch kurz auf .NET ein.

1.1 Ähnlichkeiten zwischen C# und Java

Auf den ersten Blick sehen C#-Programme wie Java-Programme aus. Jeder Java-Programmierer sollte daher in der Lage sein, C#-Programme zu lesen. Neben der fast identischen Syntax wurden folgende Konzepte aus Java übernommen:

• Objektorientierung

  C# ist wie Java eine objektorientierte Sprache mit einfacher Vererbung. Klassen können nur von einer einzigen Klasse erben, aber mehrere Schnittstellen (Interfaces) implementieren.

• Typsicherheit

  C# ist eine typsichere Sprache. Viele Programmierfehler, die durch inkompatible Datentypen in Anweisungen und Ausdrücken entstehen, werden bereits vom Compiler abgefangen. Zeigerarithmetik oder ungeprüfte Typumwandlungen wie in C++ sind in Anwendungsprogrammen verboten. Zur Laufzeit wird sichergestellt, dass Array-Indizes im erlaubten Bereich liegen, dass Objekte nicht durch uninitialisierte Zeiger referenziert werden und dass Typumwandlungen zu einem definierten Ergebnis führen.

• Garbage Collection

  Dynamisch erzeugte Objekte werden vom Programmierer nie selbst freigegeben, sondern von einem Garbage Collector automatisch eingesammelt, sobald sie nicht mehr referenziert werden. Das beseitigt viele unangenehme Fehler, die z.B. in C++-Programmen auftreten können.

• Namensräume

  Was in Java Pakete sind, nennt man in C# Namensräume. Ein Namensraum ist eine Sammlung von Deklarationen und ermöglicht es, gleiche Namen in unterschiedlichem Kontext zu verwenden.

• Threads

  C# unterstützt leichtgewichtige parallele Prozesse in Form von Threads. Es gibt wie in Java Mechanismen zur Synchronisation und Kommunikation zwischen Prozessen.

• Generizität

  Sowohl Java als auch C# kennen generische Typen und Methoden. Damit kann man Bausteine herstellen, die mit anderen Typen parametrisierbar sind (z.B. Listen mit beliebigem Elementtyp).

• Reflection

  Wie in Java kann man auch in C# zur Laufzeit auf Typinformationen eines Programms zugreifen, Klassen dynamisch zu einem Programm hinzuladen, ja sogar Objektprogramme zur Laufzeit zusammenstellen.

• Attribute

  Der Programmierer kann beliebige Informationen an Klassen, Methoden oder Felder hängen und sie zur Laufzeit mittels Reflection abfragen. In Java heißt dieser Mechanismus Annotationen.

• Bibliotheken

  Viele Typen der C#-Bibliothek sind denen der Java-Bibliothek nachempfunden. So gibt es vertraute Typen wie Object, String, ICollection oder Stream, meist sogar mit den gleichen Methoden wie in Java.

Auch aus C++ wurden einige Dinge übernommen, zum Beispiel das Überladen von Operatoren, die Zeigerarithmetik in systemnahen Klassen (die als unsafe gekennzeichnet sein müssen) sowie einige syntaktische Details z.B. im Zusammenhang mit Vererbung. Aus Visual Basic stammt beispielsweise die foreach-Schleife.

1.2 Unterschiede zwischen C# und Java

Neben diesen Ähnlichkeiten weist C# aber wie alle .NET-Sprachen auch einige Merkmale auf, die in Java fehlen:

• Referenzparameter

  Parameter können nicht nur durch call by value übergeben werden, wie das in Java üblich ist, sondern auch durch call by reference. Dadurch sind nicht nur Eingangs-, sondern auch Ausgangs- und Übergangsparameter realisierbar.

• Objekte am Keller

  Während in Java alle Objekte am Heap liegen, kann man in C# Objekte auch am Methodenaufrufkeller anlegen. Diese Objekte sind leichtgewichtig und belasten den Garbage Collector nicht.

• Blockmatrizen

  Für numerische Anwendungen ist das Java-Speichermodell mehrdimensionaler Arrays zu ineffizient. C# lässt dem Programmierer die Wahl, mehrdimensionale Arrays entweder wie in Java anzulegen oder als kompakte Blockmatrizen, wie das in C, Fortran oder Pascal üblich ist.

• Einheitliches Typsystem

  Im Gegensatz zu Java sind in C# alle Datentypen (auch int oder char) vom Typ object abgeleitet und erben die dort deklarierten Methoden.

• goto-Anweisung

  Die viel geschmähte goto-Anweisung wurde in C# wieder eingeführt, allerdings mit Einschränkungen, so dass man mit ihr kaum Missbrauch treiben kann.

• Versionierung

  Bibliotheken werden bei der Übersetzung mit einer Versionsnummer versehen. So kann eine Bibliothek gleichzeitig in verschiedenen Versionen vorhanden sein. Jede Applikation verwendet immer diejenige Version der Bibliothek, mit der sie übersetzt und getestet wurde.

Schließlich hat C# noch eine ganze Reihe von Eigenschaften, die zwar die Mächtigkeit der Sprache nicht erhöhen, aber bequem zu benutzen sind. Sie fallen unter die Kategorie »syntactic sugar«, d.h., man kann mit ihnen Dinge tun, die man auch in anderen Sprachen realisieren könnte, nur dass es in C# eben einfacher und eleganter geht. Dazu gehören:

• Properties und Events

  Diese Eigenschaften dienen der Komponententechnologie. Properties sind spezielle Felder eines Objekts. Greift man auf sie zu, werden automatisch get- und set-Methoden aufgerufen. Mit Events kann man Ereignisse definieren, die von Komponenten ausgelöst und von anderen behandelt werden.

• Indexer

  Ein Index-Operator wie bei Array-Zugriffen kann durch get- und set-Methoden selbst definiert werden.

• Delegates

  Delegates sind im Wesentlichen das, was man in Pascal Prozedurvariablen und in C Function Pointers nennt. Sie sind allerdings etwas mächtiger. Zum Beispiel kann man mehrere Prozeduren in einer einzigen Delegate-Variablen speichern.

• foreach-Schleife

  Damit kann man bequem über Arrays, Listen oder Mengen iterieren.

• Iteratoren

  Man kann spezielle Iterator-Methoden schreiben, die eine Folge von Werten liefern, welche dann mit foreach durchlaufen werden kann.

• Lambda-Ausdrücke

  Lambda-Ausdrücke sind parametrisierte Codestücke, die man an Variablen zuweisen und später aufrufen kann. Sie sind eine Kurzform für namenlose Methoden.

• Query-Ausdrücke

  Sie erlauben SQL-ähnliche Abfragen auf Hauptspeicherdaten wie Arrays oder Listen.

1.3 Das .NET-Framework

Wer in C# programmiert, kommt früher oder später nicht umhin, sich auch in die Grundlagen des .NET-Frameworks einzuarbeiten, für das C# entwickelt wurde. Das .NET-Framework ist eine Schicht, die auf Windows (und später vielleicht auch einmal auf anderen Betriebssystemen) aufsetzt (siehe Abb. 1–1) und vor allem zwei Dinge hinzufügt:

• Eine Laufzeitumgebung (die Common Language Runtime), die automatische Speicherbereinigung (garbage collection), Sicherheitsmechanismen, Versionierung und vor allem Interoperabilität zwischen verschiedenen Programmiersprachen bietet.

• Eine objektorientierte Klassenbibliothek mit umfangreichen Funktionen für grafische Benutzeroberflächen (Windows Forms), Web-Oberflächen (ASP.NET), Datenbankanschluss (ADO.NET), Web-Services, Collection-Klassen, Threads, Reflection und vieles mehr. Sie ersetzt in vielen Fällen das bisherige Windows-API und geht weit über dieses hinaus.

Abb. 1–1 Grobarchitektur des...