C sharp

C# (lausutaan ) on Microsoftin .NET-alustalle kehitetty ohjelmointikieli. C# julkaistiin kesäkuussa vuonna 2000 ja kehitettiin yhdistämään C++:n tehokkuus ja Visual Basicin tuottavuus. 

C# on vahvasti tyypitetty, eli muuttujille tulee määritellä jokin tietotyyppi, kuten kokonaisluku, luokka tai merkkijono. Kielessä ja kääntäjässä on myös useita ohjelmointivirheitä vähentäviä toimintoja, esimerkiksi alustamattomien muuttujien käytöstä varoitetaan.

Historia
C#:n kehittäjinä mainitaan Anders Hejlsberg, Scott Wiltamuth ja Peter Golde. Hejlsberg tuli Microsoft-yhtiön palvelukseen Borlandilta. Anders Hejlsberg oli ennen C#:a mukana Turbo Pascalin, Delphin ja J++:n kehitystyössä.

C#:n kehityksen päätavoitteena oli luoda useanlaisiin ympäristöihin soveltuva helppokäyttöinen, oliopohjainen ohjelmointikieli, jonka kansainvälistäminen olisi myös helppoa. C#:n tavoitteena oli lisäksi yhdistää:
 C:n syntaksi
 Delphin tai C++:n tehokkuus 
 Javan (vaikkakin korostettu, että C# ei ole Java-klooni), Visual Basicin tai Delphin tarjoama helppokäyttöisyys.
 Javan ja jo 70-luvun alussa käytetyn UCSD p-Systemin (Pascal) välikoodin käyttö.

Toteutus
Microsoft on pyrkinyt saamaan C#:lle virallisen standardisoinnin. ISO-standardi ISO/IEC 23270:2003 on julkaistu vuonna 2003. Standardin pohjalta ollaan tekemässä itsenäisiä toteuksia kielestä, esimerkiksi:
 Mono, Xamarinin .NET-alusta
 dotGNU ja PortableNET, Free Software Foundationin projekteja

Esimerkit

Hello World
// Lähdetiedosto esim. "HelloWorld.cs"
using System;

namespace HelloWorld
{
    class Program
    {
        static void Main()
        {
            Console.WriteLine("Hello world!");
        }
    }
}

LINQ-tilastolaskenta
// Luo testiaineisto.
var havainnot = new List<Havainto> {
    new Havainto { ID = "0001", Joukko = "A", Muuttuja = 44 },
    new Havainto { ID = "0002", Joukko = "A", Muuttuja = 45 },
    new Havainto { ID = "0003", Joukko = "B", Muuttuja = 51 },
    new Havainto { ID = "0004", Joukko = "B", Muuttuja = 47 },
};
// Laske Muuttujan keskiarvo ryhmittäin.
var keskiarvot =
    from havainto in havainnot
    group havainto by havainto.Joukko into joukko
    select new
    {
        Joukko = joukko.Key,
        Keskiarvo = joukko.Average(x => x.Muuttuja),
    };

Rakenne
C# on korkeamman tasoinen, olioperusteinen, vahvasti tyypitetty kieli. Vahva tyypitys tarkoittaa, että muuttujilla on oltava aina jokin tietotyyppi, esimerkiksi kokonaisluku, luokka tai merkkijono. (C# kuitenkin mahdollistaa var-sanan käytön, kun tyyppi on niin lukijalle kuin kääntäjällekin selvä.) Korkea abstraktiotaso ilmenee erityisesti siinä, että muistinhallinta on automatisoitu eli automaattinen roskienkeräys vapauttaa muistia käyttöön sitä mukaa, kun objekti ei ole enää ohjelman saavutettavissa.

C# muodostuu nimiavaruuksista (namespace), näissä olevista tyypeistä (esim. class) ja näissä määritellyistä jäsenistä, kuten datasta, funktioista, perustyypistä, rajapinnoista ja operaattoritoteutuksista. Tyyppien avulla luodaan (new) muuttujia, jotka sisältävät referenssin yhteen (arvotyyppi) tai useampaan (referenssityyppi) objektiin.

C#-tyyppijärjestelmä on yhtenäinen ja sen avulla voidaan määritellä
 yksinkertaiset arvotyypit (esim. int), jotka sisältävät numeron, merkin tai totuusarvon
 null-arvotyypit (esim. int?) jotka sisältävät jonkin arvotyypin lisäksi null-arvon
 enum-arvotyypit (enum E {...}), jotka sisältävät joukon vakioarvoja
 tuple-arvotyypit ((T1, T2, ...)), jotka sisältävät yksinkertaisen joukon arvotyyppejä
 struct-arvotyypit (struct E {...}), jotka sisältävät monimutkaisemman joukon arvotyyppejä
 taulukkotyypit (esim. int[][])
 luokkatyypit (class C {...}, string), jotka sisältävät dataa ja funktioita 
 rajapintatyypit (interface I {...})
 delegaattityypit (delegate int D(...)), jotka sisältävät referenssin tiettyyn itsenäisesti käytettävään funktioon
 record-tyypit (record struct tai record class), jotka sisältävät arvojen lisäksi tiettyjä synteettisiä jäseniä.

Tyypin jäseniä voivat olla
 kentät eli tyypin sisäiset muuttujat
 vakiot eli muuttujat, joiden arvo vakioidaan käännöksen aikana
 ominaisuudet, joka lukevat ja kirjoittavat arvoja 
 metodit, jotka määrittelevät luokan toiminnot
 alustaja, joka luo tyypistä uuden objektin 
 indeksoija, joka lukee ja kirjoittaa indeksiarvoja
 tapahtumat, joka ovat kenttiä, joiden muutoksiin käyttäjä reagoi tapahtumankäsittelijöillä
 operaattorit, jotka määrittelevät matemaattisten operaattoreiden (esim. == tai +) toiminnan ja
 finalisoija, joka vapauttaa resursseja roskienkeräyksen yhteydessä (määritellään harvoin).

Luokka- ja rajapintatyyppejä organisoidaan perimähierarkioiksi niin, että kaikkien luokkien käyttämät jäsenet (data ja funktiot) löytyvät hierarkian abstrakteimmasta luokasta ja uudet luokat lisäävät yhä spesifisempiä jäseniä tarpeen mukaan. Tällöin luokkatyyppi määritellään tyylillä class AliTyyppi : Perustyyppi {...} tai interface Alityyppi : PerustyyppiI, PerustyyppiII {...}.

Kaikkia ylätyypin jäseniä ei kuitenkaan ole pakollista periä sellaisenaan (polyformia). Jos esim. ylätyypin metodi on määritelty avainsanalla virtual, alatyyppi voi määritellä metodin uudelleen override-avainsanalla. Alatyyppi voi myös piilottaa ylätyypin jäsenen käyttämällä new-avainsanaa tai keskeyttää virtuaalisen jäsenen periytymisen sealed-avainsanalla.

Luokka-, tietue-, rajapinta- ja delegaattityypit hyväksyvät myös parametreja, mikä mahdollistaa geneeristen tyyppien luomisen. Tällöin esim. luokkatyyppi määritellään tyylillä class Nimi<Tyyppi, Tyyppi> {...}.

Tyyppien jäsenien näkyvyyttä ja muutettavuutta ohjelmissa säädellään avainsanoilla kuten public, private, protected, static, readonly, const, override, abstract, virtual ja sealed. 

Lausekkeisiin kuuluvat muun muassa 
 valintalausekkeet if ja switch
 toistolausekkeet for, while, do ja foreach
 siirtolausekkeet break, continue, goto, throw, return ja yield
 poikkeuksien hallinnan try, catch ja finally
 alustamisen new
 rinnakkaislaskennan async ja await sekä 
 parametrimääreet ref, out, in ja params. 

Mainittavia operaattoreita ovat esim. ??-operaattori, joka palauttaa jälkimmäisen lausekkeen arvon edellisen ollessa null, ja ns. Elvis-operaattori ehto ? seuraus : vaihtoehto. 

C# tukee suoraan myös funktionaalisia tekniikoita, vaikka nämäkin perustuvat tyyppeihin. Delegaattityypit mahdollistavat itsenäiset funktiot. Hahmonsovitus onnistuu käyttämällä is ja switch lausekkeita. Alaviiva-muuttuja ja objekti-dekonstruktio mahdollistavat joustavan sijoittamisen funktioista uusiin muuttujiin. Lambda-lausekkeet ovat kielessä muotoa esim. (double x) => x * 2.0. Ennen kaikkea LINQ lisää kieleen hyvin deklaratiivisen menetelmän poimia tietoa datarakenteista lausekkeiden kuten from..in, where, orderby, group..by..into, join..in..on..equals, select..into ja let avulla. (LINQ toimii siis kuin SQL tietokannoissa.) 

Lisäksi kieleen kuuluvat attribuutit, jotka ovat tapa liittää tyyppeihin metadataa. Nämä merkitään ennen haluttua tyyppiä esim. [Author("E. Sukunimi")].

Lähdetiedostot (.cs) käännetään yhdeksi ns. assembly-tiedostoksi (.dll tai .exe), joka sisältää välimuotoista koodia ja metadataa, mikä taas käännetään tarvittaessa prosessorille sopivalle konekielelle. C#-ohjelma aloittaa ajon ylimmän tason lausekkeesta tai Main-metodista.

Katso myös 
 Microsoft Visual Studio

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 

Oliopohjaiset ohjelmointikielet
Microsoft
.NET Framework
Vuoden 2000 ohjelmistot
2000-vuosikymmenen ohjelmointikielet
C-sukuiset ohjelmointikielet
Seulonnan keskeiset artikkelit