Современные средства разработки приложений
libre 10522
Согласно классической классификации принципов программирования было выделено процедурное и декларативное программирование, а также их разновидности: императивное, функциональное, объектно-ориентированное, логическое, экспертных систем и на основе индукции.
Эти принципы до определенного момента применялись в рамках идеологии построения целевых информационных систем, предназначенных решать определенный спектр задач. Впоследствии, постоянный рост потребностей человечества в глобальном общении заставило изменить идеологию принципов программирования. 
Это обусловило переход от создания монолитных решений для создания компонентов, допускающих свое повторное использование в различных средах и программных приложениях.
Идеология разработки в ИТ
Изменение идеологии в разработке программных систем была отмечена ведущими представителями IT индустрии, появлением качественно нового поколения программных продуктов. Некоторые производители программных систем информируют рынок о принадлежности продукции к открытой идеологии, наделяя их характерными внешними признаками.
В частности, для продуктов фирмы Microsoft, выпущенных с начала 21 века, характерно окончание названия. Net (читается как Dot Net). Опираясь именно на эти решения, в дальнейшем будет проведено рассмотрение сущности идеологии открытого программирования.
Одной из практических реализаций идеологии открытого программирования является, реализованная в последних версиях Microsoft Visual Studio, открытость для языков программирования. Она заключается в использовании многоязычного среды разработки.
То есть, в среду разработки приложений Visual Studio последних версий, вместе с языками программирования, включенных фирмой Microsoft (Visual C + +, Visual C , J . Net, Visual Basic. Net), могут добавляться любые языки программирования, компиляторы которых создаются другими фирмами -производителями.
На сегодняшний день, таких расширений среды Visual Studio сделано уже достаточно много, практически, они существуют для всех известных языков (Fortran, Cobol, Component Pascal, Oberon и др.). Открытость среды не означает полной свободы.
Все разработчики компиляторов, при введении нового языка в среду разработки, должны придерживаться установленных правил и ограничений. Главное ограничение, которое, одновременно, можно считать и достоинством, заключается в том, что все языки, которые включаются в среду разработки Visual Studio, должны использовать единый каркас - Framework.Net.
Каркас приложений
Понятие каркаса приложений - Framework Applications появляется в литературных источниках со второй половины 90-х годов прошлого столетия в описаниях применения Visual Studio, начиная с четвертой версии.
Роль каркаса приложений Visual C + + в ранних версиях Visual Studio выполняла библиотека классов MFC (Microsoft Foundation Classes). Библиотека классов MFC изначально представляла собой иерархически организованную коллекцию классов, в которую входили классы, способные создавать архитектуру новых приложений.
Выбирая тип приложения, разработчик получал нужную функциональную платформу, образовывалась и поддерживалась объектами классов каркаса. Например, когда разработчик выбирал из возможных типов приложений архитектуру «Документ-Представление», то в его приложение автоматически встраивались класс Document, ответственный за структуру документа и класс View - ответственный за его визуальное представление.
Класс Form, вместе с другими классами, которые реализовывали элементы управления, обеспечивали унифицированный интерфейс приложений. В течение последующих лет, роль каркаса в построении приложений существенно возросла за счет расширения его возможностей до уровня Framework.NET.
Сегодня, каркас Microsoft Framework.NET является платформой для создания, развертывания и запуска приложений. Она предоставляет высокопроизводительное, основанное на стандартах многоязыковую среду, которая позволяет интегрировать существующие приложения с приложениями и сервисами следующих поколений. Благодаря применению единого каркаса Framework.Net достигаются следующие преимущества:
- возможность использования компонентов, разработанных на разных языках;
- возможность разработки нескольких частей одного приложения на различных языках программирования;
- возможность бесшовной отладки многоязычного приложения;
- возможность создать класс на одном языке, а его потомки - другие языки.
Единый каркас стимулирует сближение языков программирования, позволяя вместе с тем, сохранять их индивидуальность и преимущества, которые они имеют. Благодаря единому каркаса, в некоторой степени решается проблема языкового барьера в мире программистов.
Каркас Framework.Net
В ходе эволюции каркаса происходит естественный процесс его отделения от среды разработки - Framework.Net становится надстройкой над операционной системой. В 2001 году Европейская ассоциация производителей компьютеров (ECMA) приняла компоненты каркаса в качестве стандарта.
В следствие чего, каркас Framework.Net получает возможность развиваться для применения на операционных платформах, отличных от Windows. Сегодня, каркас Framework.Net становится свободно распространяемым технологическим решением.
Это существенно расширяет сферу его применения. Производители различных программных продуктов предпочитают ориентировать свои разработки на применение каркаса Framework.Net с целью обеспечения возможности выполнения кодов на различных операционных платформах.
В составе каркаса Framework.Net можно выделить две основные компоненты:
- Статический - FCL (Framework Class Library) - библиотека классов каркаса.
- Динамический - CLR (Common Language Runtime) - общеязыковой среды выполнения.
Библиотека классов FCL является результатом эволюции библиотеки классов MFC, благодаря которому каркас Framework.Net стал единственной средой для различных языков программирования. Поэтому, на каком бы языке программирования не велась разработка, она использует классы одной общей библиотеки. Большинство классов библиотеки, образующих общее ядро, используются всеми языками каркаса. Таким образом достигается унификация следующих реализаций:
- интерфейса приложений, независимо от языка, на котором они разрабатываются;
- взаимодействия с коллекциями и другими контейнерами данных;
- доступа к различным типам внешних источников данных.
Кроме того, библиотека классов FCL содержит ряд статических компонентов, обеспечивающих открытость программирования в среде Visual Studio. Среди них следует выделить: встроенные примитивные типы данных, структурные типы данных, компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений, пространства имен.
Встроенные примитивные типы данных. Важной частью библиотеки FCL стали классы, описывающие примитивные типы данных. Типы каркаса охватывают всю множество типов данных, встречающихся в языках программирования. Типы данных языка программирования проецируются на соответствующие типы каркаса.
Например, тип данных, известный в языке Visual Basic как Integer, а в языке C как int, проецируется на тип данных FCL Int32. В каждом языке программирования, вместе с «родными» для языка названиями типов данных, разрешается использовать имена типов, принятыми в каркасе.
Как следствие, все языки среды разработки могут пользоваться единой системой встроенных типов данных, обеспечивающая взаимодействие компонентов, написанных на разных языках.
Структурные типы данных. Частью библиотеки стали не только простые встроенные типы данных, но и структурные типы, описывающих организацию сложных структур данных: сроки, массивы, списки, записи. Это также способствует унификации и реальному сближению языков программирования.
Компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений. В среде разработки существует широкий набор возможных архитектурных типов приложений. Помимо традиционных Windows-приложений и консольных приложений, существует возможность создания платформ для Web-приложений.
Большое внимание уделяется возможности создания повторно используемых компонентов - разрешается строить библиотеки классов, библиотеки элементов управления. Компиляторы языков, поставляемых различными фирмами для создания проектов, могут использовать как библиотеку FCL, так и собственную библиотеку классов.
Пространства имен. Количество классов библиотеки FCL достигла значительного уровня (несколько тысяч), поэтому возникла потребность в способе их структуризации. Логичным образом классы с близкой функциональностью объединяются в группы, называемые пространством имен (Namespace). Основным пространством имен библиотеки FCL является пространство System, содержащая, наряду с классами, другие - вложенные пространства имен.
Например, примитивный тип Int32 непосредственно вложен в пространство имен System, и его полное имя, включающее имя пространства - System.Int32. В пространство System вложенный целый ряд других пространств имен, используемых при создании приложений. Переход к идеологии открытого программирования в каркасе Framework.Net реализован во многом благодаря его динамической компоненте - общеязычной исполнительной среде CLR.
Решения своих задач исполнительная среда осуществляет, основываясь на следующих составляющих: управляемый модуль, виртуальная машина, метаданные, сборник мусора, обработчик исключений, события и общие спецификации.
Управляемый модуль. С помощью управляемого модуля и управляемого кода реализуется основная концепция исполнительной среды каркаса - двухэтапная компиляция. Управляемый модуль - это перемещаемый исполняемый файл или РЕ-файл (Portable Exeable). РЕ-файлы представляют собой модули, содержание которых формируется компиляторами языков программирования на промежуточной языке - IL (Intermediate Language).
В зависимости от типа проекта, РЕ-файл может иметь расширение exe, dll, mod или mdl. Несмотря на то, что РЕ-файл с расширением exe, он выполняется операционной системой не совсем так, как привычный exe-файл. При его запуске он распознается, как специальный промежуточный файл, и передается исполнительному среде для обработки.
Исполнительная среда начинает работать с кодом, в котором не осталось ни специфики начальной языка программирования. Код на промежуточной языке начинает выполняться под управлением исполнительной среды.
Виртуальная машина. Результат работы исполнительной среды каркаса можно рассматривать как своеобразную виртуальную машину. Эта машина транслирует участка промежуточного кода, подаваемого на исполнение, у команды реального процессора, который в действительности и выполняет код.
Основу виртуальной машины составляют трансляторы JIT (Just In Time Compiler), которые и выполняют трансляцию промежуточного кода в командный код той вычислительной машины, где установлено и функционирует исполнительная среда. Microsoft в своей разработке использовал опыт виртуальной машины Java.
Он получил широкое признание, улучшив процесс за счет того, что в отличие от Java, промежуточный код не интерпретируется исполнительной средой, а компилируется с учетом всех особенностей вычислительной платформы. Благодаря этому, существует возможность создавать более производительные приложения.
Кроме того, исполнительная среда, работая с промежуточным кодом, осуществляет достаточно эффективную оптимизацию программного кода и, что немаловажно, его защиту.
Метаданные. Перемещаемый исполнительный РЕ-файл является самодокументируемым файлом, т.е. содержит вместе с программным кодом метаданные, которые его описывают. Файл начинается с манифеста, включающий описание всех классов, которые в нем хранятся, их свойств, методов, всех аргументов этих методов, то есть всю необходимую для CLR информацию.
Поэтому, кроме РЕ-файла не требуется никаких дополнительных файлов и записей в реестре - вся необходимая информация берется из самого файла. ; Сборник мусора (Garbage Collector). Под сборкой мусора понимается освобождение оперативной памяти, занятой объектами, которые стали лишними и не используются в дальнейшей работе приложения.
Во многих языках программирования (классическим примером является язык C / C + +) память освобождает сам программист, в явной форме программируя команды как на создание, так и на удаление объектов. Чтобы предотвратить неизбежным ошибкам программиста при работе с памятью, удаление неиспользуемых объектов, т.е. сборка мусора, стала частью исполнительной среды.
Обработчик исключений. В случаях, когда при вызове некоторой функции (процедуры) оказывается, что она не может корректно выполнить свою работу, исполнительная среда выбрасывает исключение. Выбрасывание исключений наилучшим образом согласовывает процесс программирования с исполнительной средой.
В процессе разработки программных систем, организация перехвата выброшенных исключений и их последующая обработка, представляет собой основной рекомендуется реакции программы на нестандартные ситуации.
События. В исполнительной среды существует свое видение того, что является типом каждого объекта. Для этого используется формальное описание общей системы типов CTS - Common Type System. Согласно этому описанию, каждый тип, кроме методов и свойств, может содержать еще и события.
При возникновении событий в процессе работы с тем или иным объектом определенного типа, направляются сообщения, которые могут получать и использовать другие объекты. Механизм обмена сообщениями основан на делегатах - функциональном типе.
Общие спецификации. Как уже отмечалось, каркас Framework.Net обеспечивает межъязычное взаимодействие. Чтобы классы, разработанные на разных языках, могли использоваться в рамках одного приложения, то есть их разноязычные потомки могли взаимодействовать, они должны удовлетворять некоторым ограничениям.
Эти ограничения задаются набором общеязычной спецификации - CLS (Common Language Specification). Класс, удовлетворяющий спецификациям CLS, называется CLS-совместимым. Он доступен для использования в других языках, классы которых могут быть клиентами или наследниками совместного класса.
Спецификации CLS точно определяют, каким набором встроенных типов данных можно пользоваться в совместных модулях. Понятно, что эти типы должны быть общедоступны для всех языков, использующих каркас Framework.Net.
В совместных модулях должны использоваться управляемые данные и выполняться некоторые дополнительные ограничения. Обратите внимание, что ограничения касаются только интерфейсной части класса - его открытых свойств и методов. Закрытая часть класса может не удовлетворять общей спецификации.
Итак классы, от которых не требуется совместимость, могут использовать специфические особенности языка программирования, на котором они созданы, без ограничений.
