C Sharp

C# (произносится си шарп) — объектно-ориентированный язык программирования. Разработан в 1998—2001 годах группой инженеров компании Microsoft под руководством Андерса Хейлсберга и Скотта Вильтаумота[1] как язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET Framework. Впоследствии был стандартизирован как ECMA-334 и ISO/IEC 23270.
C# относится к семье языков с C-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к C++ и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML.
Переняв многое от своих предшественников — языков C++, Pascal, Модула, Smalltalk и, в особенности, Java — С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем, например, C# в отличие от C++ и некоторых других языков, не поддерживает множественное наследование классов (между тем допускается множественное наследование интерфейсов).
Особенности языка
C# разрабатывался как язык программирования прикладного уровня для CLR и, как таковой, зависит, прежде всего, от возможностей самой CLR. Это касается, прежде всего, системы типов C#, которая отражает BCL. Присутствие или отсутствие тех или иных выразительных особенностей языка диктуется тем, может ли конкретная языковая особенность быть транслирована в соответствующие конструкции CLR. Так, с развитием CLR от версии 1.1 к 2.0 значительно обогатился и сам C#; подобного взаимодействия следует ожидать и в дальнейшем (однако, эта закономерность была нарушена с выходом C# 3.0, представляющего собой расширения языка, не опирающиеся на расширения платформы .NET). CLR предоставляет C#, как и всем другим .NET-ориентированным языкам, многие возможности, которых лишены «классические» языки программирования. Например, сборка мусора не реализована в самом C#, а производится CLR для программ, написанных на C# точно так же, как это делается для программ на VB.NET, J# и др.
Название языка

Название «Си шарп» (от англ. sharp — диез) происходит от буквенной музыкальной нотации, где латинской букве C соответствует нота До, а знак диез (англ. sharp) означает повышение соответствующего ноте звука на полутон[2], что аналогично названию языка C++, где «++» обозначает инкремент переменной. Название также является игрой с цепочкой C → C++ → C++++(C#), так как символ «#» можно представить состоящим из 4 знаков «+»[3].
Из-за технических ограничений на отображение (стандартные шрифты, браузеры и т. д.) и того, что знак диеза ♯ не представлен на стандартной клавиатуре компьютера, при записи имени языка программирования используют знак решётки (#)[4]. Это соглашение отражено в Спецификации языка C# ECMA-334[5]. Тем не менее, на практике (например, при размещении рекламы и коробочном дизайне[6]), «Майкрософт» использует знак диеза.
Названия языков программирования не принято переводить, поэтому язык называют, используя транскрипцию, — «Си шарп».
Стандартизация
C# стандартизирован в ECMA (ECMA-334)[7] и ISO (ISO/IEC 23270)[8].
Известно как минимум о трёх независимых реализациях C#, базирующихся на этой спецификации и находящихся в настоящее время на различных стадиях разработки:
Mono, начата компанией Ximian, продолжена её покупателем и преемником Novell, а затем Xamarin.
dotGNU и Portable.NET, разрабатываемые Free Software Foundation.
Версии
На протяжении разработки языка C# было выпущено несколько его версий:

Версия 1.0
Проект C# был начат в декабре 1998 и получил кодовое название COOL (C-style Object Oriented Language). Версия 1.0 была анонсирована вместе с платформой .NET в июне 2000 года, тогда же появилась и первая общедоступная бета-версия; C# 1.0 окончательно вышел вместе с Microsoft Visual Studio .NET в феврале 2002 года.
Первая версия C# напоминала по своим возможностям Java 1.4, несколько их расширяя: так, в C# имелись свойства (выглядящие в коде как поля объекта, но на деле вызывающие при обращении к ним методы класса), индексаторы (подобные свойствам, но принимающие параметр как индекс массива), события, делегаты, циклы foreach, структуры, передаваемые по значению, автоматическое преобразование встроенных типов в объекты при необходимости (boxing), атрибуты, встроенные средства взаимодействия с неуправляемым кодом (DLL, COM) и прочее.
Кроме того, в C# решено было перенести некоторые возможности C++, отсутствовавшие в Java: беззнаковые типы, перегрузку операторов (с некоторыми ограничениями, в отличие от C++), передача параметров в метод по ссылке, методы с переменным числом параметров, оператор goto (с ограничениями). Также в C# оставили ограниченную возможность работы с указателями — в местах кода, специально обозначенных словом unsafe и при указании специальной опции компилятору.
Версия 2.0
Проект спецификации C# 2.0 впервые был опубликован Microsoft в октябре 2003 года; в 2004 году выходили бета-версии (проект с кодовым названием Whidbey), C# 2.0 окончательно вышел 7 ноября 2005 года вместе с Visual Studio 2005 и .NET 2.0.
Новые возможности в версии 2.0
Частичные типы (разделение реализации класса более чем на один файл).
Обобщённые, или параметризованные типы (generics). В отличие от шаблонов C++, они поддерживают некоторые дополнительные возможности и работают на уровне виртуальной машины. Вместе с тем, параметрами обобщённого типа не могут быть выражения, они не могут быть полностью или частично специализированы, не поддерживают шаблонных параметров по умолчанию, от шаблонного параметра нельзя наследоваться, и т. д.[12]
Новая форма итератора, позволяющая создавать сопрограммы с помощью ключевого слова yield, подобно Python и Ruby.
Анонимные методы, обеспечивающие функциональность замыкания.
Оператор null-объединения: '??': return obj1 ?? obj2; означает (в нотации C# 1.0) return obj1!=null ? obj1: obj2;.
Обнуляемые (nullable) типы — значения (обозначаемые вопросительным знаком, например, int? i = null;), представляющие собой те же самые типы-значения, способные принимать также значение null. Такие типы позволяют улучшить взаимодействие с базами данных через язык SQL.
Возможность создавать хранимые процедуры, триггеры и даже типы данных на .Net языках (в том числе и на C#).
Поддержка 64-разрядных вычислений, что кроме всего прочего, позволяет увеличить адресное пространство и использовать 64-разрядные примитивные типы данных.
Версия 3.0
В июне 2004 года Андерс Хейлсберг впервые рассказал на сайте Microsoft о планируемых расширениях языка в C#3.0[13]. В сентябре 2005 года вышли проект спецификации C# 3.0 и бета-версия C# 3.0, устанавливаемая в виде дополнения к существующим Visual Studio 2005 и .NET 2.0. Окончательно эта версия языка вошла в Visual Studio 2008 и .NET 3.5.
Новые возможности в версии 3.0
В C# 3.0 появились следующие радикальные добавления к языку:
ключевые слова select, from, where, позволяющие делать запросы из XML документов, коллекций и т. п. Эти запросы имеют сходство с запросами SQL и реализуются компонентом LINQ. (Сама фраза «language integrated query» переводится «запрос, интегрированный в язык».)
Инициализация объекта вместе с его свойствами:
Customer c = new Customer(); c.Name = "James"; c.Age=30;

можно записать как
Customer c = new Customer { Name = "James", Age = 30 };

Лямбда-выражения:
listOfFoo.Where(delegate(Foo x) { return x.size > 10; });

теперь можно записать как
listOfFoo.Where(x => x.size > 10);

Деревья выражений:
лямбда-выражения теперь могут представляться в виде структуры данных, доступной для обхода во время выполнения, тем самым позволяя транслировать строго типизированные C#-выражения в другие домены (например, выражения SQL).
Неявная типизация: Вывод типов локальной переменной. Для неявной типизации вместо названия типа данных используется ключевое слово var. Затем уже при компиляции компилятор сам выводит тип данных исходя из присвоенного значения:var x = "hello"; вместо string x = "hello";
Анонимные типы: var x = new { Name = "James" };
Методы расширения. Появилась возможность добавления новых методов в уже существующие классы. Реализуется с помощью ключевого слова this при первом параметре статической функции статического класса.
public static class StringExtensions
{
  public static int ToInt32(this string val)
  {
    return Int32.Parse(val);
  }
}
// ...
string s = "10";
int x = s.ToInt32();

Автоматические свойства: компилятор сгенерирует закрытое (private) поле и соответствующие аксессор и мутатор для кода вида
public string Name { get; private set; }

C# 3.0 совместим с C# 2.0 по генерируемому MSIL-коду; улучшения в языке — чисто синтаксические и реализуются на этапе компиляции. Например, многие из интегрированных запросов LINQ можно осуществить, используя безымянные делегаты в сочетании с предикатными методами над контейнерами наподобие List.FindAll и List.RemoveAll.
Версия 4.0
Превью C# 4.0 было представлено в конце 2008 года, вместе с CTP-версией Visual Studio 2010.
Visual Basic 10.0 и C# 4.0 были выпущены в апреле 2010 года, одновременно с выпуском Visual Studio 2010.
Новые возможности в версии 4.0[14]
Возможность использования позднего связывания, для использования:
с языками с динамической типизацией (Python, Ruby)
с COM-объектами
отражения (reflection)
объектов с изменяемой структурой (DOM). Появляется ключевое слово dynamic.
Именованные и опциональные параметры
Новые возможности COM interop
Ковариантность и контравариантность обобщенных интерфейсов и делегатов
Контракты в коде (Code Contracts)
Библиотека параллельных задач TPL (Task Parallel Library), концепция задач и классы Task, TaskFactory, Parallel
Добавлен класс MemoryCache, который предназначен для кэширования контента. Он похож на класс Cache ASP.NET, но его можно использовать при написании веб- / графических / консольных приложений.
Добавлено пространство имен System.Collections.Concurrent и новые классы параллельных коллекций (ConcurrentQueue, ConcurrentStack, ConcurrentBag,…), которые предоставляют не только большую эффективность, но и более полную потокобезопасность.
Примеры:
dynamic calc = GetCalculator();
int sum = calc.Add(10, 20); // Динамический вызов

public void SomeMethod(int x, int y = 5, int z = 7); // Опциональные параметры

Версия 5.0
Новые возможности в версии 5.0
Шаблон TAP (Task-based Asynchronous Pattern). TAP использует один метод для представления инициализации и завершения асинхронной операции.
Асинхронные методы (async и await) — как реализация шаблона TAP.
Сведения о вызывающем объекте
Версия 6.0
Новые возможности в версии 6.0
null-условные операторы. Добавлены новые операторы: ?. и ?[]:
int? length = customers?.Length; // null if customers is null
Customer first = customers?[0];  // null if customers is null

Функции сжатые до выражений (expression-bodied functions). Теперь определение метода может быть задано с использованием лямбда-синтаксиса:
public Point Move(int dx, int dy) => new Point(x + dx, y + dy);

Инициализаторы автосвойств. Автосвойства теперь можно инициализировать при объявлении:
public string First { get; set; } = "Jane";

Автосвойства только для чтения. Автосвойства теперь могут быть объявлены без сеттеров:
public string First { get; } = "Jane";

Инициализаторы индексов. Теперь можно инициализировать не только объекты и коллекции, но и словари:
var numbers = new Dictionary<int, string> {
    [7] = "seven",
    [9] = "nine",
    [13] = "thirteen"
};

Интерполяция строк. Вместо использования конструкций с String.Format(), например:
var s = String.Format("{0} is {1} year{{s}} old", p.Name, p.Age);

теперь можно размещать код прямо в строке:
var s = $"{p.Name} is {p.Age} year{{s}} old";

Фильтры исключений. Появилась возможность задавать условия для блоков catch:
try { … } catch (Exception e) when (Log(e)) { … }

Импорт статических функций типов. Теперь доступ к статическим членам типов возможен без указания полного имени этих членов:
using static System.Console;
using static System.Math;
class Program
{
    static void Main()
    {
        WriteLine(Sqrt(3*3 + 4*4)); 
    }
}

Оператор nameof. Новый оператор, который возвращает компактное строковое представление для переданного в качестве аргумента типа:
WriteLine(nameof(person.Address.ZipCode)); // prints "ZipCode"

Для асинхронного программирования была добавлена возможность использования операторов await внутри блоков catch и finally:
Resource res = null;
try
{
    res = await Resource.OpenAsync(…);       // You could do this.
} 
catch(ResourceException e)
{
    await Resource.LogAsync(res, e);         // Now you can do this …
}
finally
{
    if (res != null) await res.CloseAsync(); // … and this.
}

Версия 7.0
Новые возможности в версии 7.0[11]
out-переменные, которые позволяют объявить переменные сразу в вызове метода (причем областью видимости для таких переменных является внешний блок):
p.GetCoordinates(out int x, out int y);

Сопоставление с шаблоном. Вводится понятие шаблона (pattern), который представляет собой синтаксическую конструкцию, позволяющую проверить соответствие переменной определённой форме и извлечь из неё информацию.
Шаблоны с is (is теперь может использоваться не только с типом, но и с шаблоном — в качестве правого аргумента)
Шаблоны и выражение switch. Варианты использования switch были расширены, теперь можно:
использовать любые типы (не только примитивные);
использовать шаблоны в выражениях case;
добавлять дополнительные условия к выражениям case (используя ключевое слово when).
Кортежи. Добавлен новый значимый тип кортеж и синтаксис работы с данными этого типа:
(string, string, string) LookupName(long id) // возвращаемый тип - кортеж
{
    ... // инициализируем данные
    return (first, middle, last); // литерал кортежа
}

Распаковка кортежей. Была добавлена новая синтаксическая конструкция деконструктор, позволяющая извлечь кортеж, состоящий из членов класса.
Локальные функции. Теперь функцию, которая используется только в теле какого-либо метода можно объявить прямо в теле этого метода.
Улучшения литералов. Были добавлены бинарные литералы и символ разделителя (_) в числовых литералах.
Локальные переменные и возвращаемые значения по ссылке. Расширена функциональность ключевого слова ref. Теперь можно возвратить данные из метода или сохранить их в локальной переменной по ссылке.
Расширение списка типов, возвращаемых асинхронными методами
Больше членов класса в виде выражений. Синтаксис функций, сжатых до выражений (expression-bodied functions), теперь применим для сеттеров, геттеров, конструкторов и деструкторов.
throw-выражения. Теперь можно использовать throw в функциях, сжатых до выражений (expression-bodied functions):
public string GetLastName() => throw new NotImplementedException();

Пример «Hello, World!»
Ниже представлен код классической программы «Hello world» на C# для консольного приложения:
using System;

namespace Example
{
    class Program
    {
        static void Main()
        {
            Console.WriteLine("Hello World!"); // Вывод заданного текста в консоль
            Console.ReadKey(); // Ожидание нажатия клавиши пользователем
        }
    }
}

и код этой же программы для приложения Windows Forms:
// assembly: System.dll
// assembly: System.Drawing.dll
// assembly: System.Windows.Forms.dll
using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;

namespace WindowsForms
{
    public class Program
    {
        [STAThread]
        public static void Main()
        {
            new DemoForm().ShowDialog();
        }
    }

    public class DemoForm : Form
    {
        Label label = new Label();

        public DemoForm()
        {
            label.Text = "Hello World!";
            this.Controls.Add(label);
            this.StartPosition = FormStartPosition.CenterScreen;
            this.BackColor = Color.White;
            this.FormBorderStyle = FormBorderStyle.Fixed3D;
        }
    }
}

Реализации
Существует несколько реализаций C#:
Реализация C# в виде компилятора csc.exe включена в состав .NET Framework (включая .NET Micro Framework, .NET Compact Framework и его реализации под Silverlight и Windows Phone 7).
В составе проекта Rotor (Shared Source Common Language Infrastructure) компании Microsoft.
Проект Mono включает в себя реализацию C# с открытым исходным кодом.
Проект DotGNU также включает компилятор C# с открытым кодом.
DotNetAnywhere[15] — ориентированная на встраиваемые системы реализация CLR, поддерживает практически всю спецификацию C# 2.0.
См. также

Microsoft Visual Studio
Сравнение C Sharp и Java
Cosmos (операционная система)
Vala
Примечания

Литература

CS1 maint: Multiple names: authors list (link)

Ссылки

Категория:Семейство языков программирования C Sharp
Категория:Языки программирования семейства C
Категория:Языки программирования платформы .NET
Категория:Языки веб-программирования
Категория:Языки программирования с автоматическим управлением памятью
Категория:Высокоуровневые языки программирования