تحقیق مقاله زبان برنامه ‌سازی

مقدمه

‍C# یکی از زبانهای جدید برنامه‌سازی شی‌گرا است که با ارائه رهیافت Component-Based به طراحی و توسعه نرم‌افزار می‌پردازد. آنچه ما در حال حاضر از زبان های برنامه‌سازی Component-Based در اختیار داریم و آنچه که C# در اختیار ما قرار می‌دهد، افق جدیدی به سوی تولید و طراحی نرم‌افزارهای پیشرفته را در روی ما قرار می‌دهند.

نرم‌افزار، به عنوان یک سرویس، هدف اصلی نسل بعدی در سیستم‌های محاسباتی است. برای مثال، C# زبانی مناسب برای تولید و طراحی صفحات وب، ایجاد اجزایی با قابلیت استفاده مجدد و ایجاد محیط‌هایی چند رسانه‌ای را به عنوان زبانی که هدفش توسعه ایجاد نرم‌افزار‌های پیشرفته است، در اختیار ما قرار می‌دهد.

زبان برنامه‌سازی C#، به همراه تکنولوژی جدید شرکت نرم‌افزاری مایکروسافت یعنیNET. ارائه گردید، از این رو از تکنولوژیNET. این شرکت بهره می‌برد. پس در ابتدا به بیان مطالبی درباره محیطNET. می‌پردازیم.

 

فصل اول:تکنولوژی NET.

چراNET.؟

در گذشته زبانهای برنامه‌سازی، سیستم‌های عامل و محیط‌های اجرایی نرم‌افزار‌ها برای دوره‌ای خاص ساخته می‌شدند. هنگامیکه برنامه‌ها از محیط‌های رومیزی(Desktop) به اینترنت منتقل می‌شدند، ابزارهای موجود نیازمند API هایی اضافی و قابلیتهای دیگری بودند. بیشتر این قابلیتها در کنار زبانهای برنامه‌سازی بعنوان ابزارهایی جهت رفع این نیازمندیها ارائه می‌شدند. هرچند این ابزارهای اضافی بصورت قابل توجهی نیازمندیها را حل کرده و باعث رسیدن اینترنت به وضعیت کنونی شدند، اما همچنان مسائل بسیاری وجود داشت که نیاز به حل شدن داشتند.

NET. به منظور پشتیبانی از کاربردهای عصر جدید اینترنت ساخته شد. مواردی همچون گسترش، امنیت و versioning، که از مسایل مهممی بودند، توسط NET. پوشش داده شدند. قسمت مرکزیNET. بخش CLR (Common Language Runtime) است که یک موتور اجرایی مجازی است که از توسعه، امنیت و ارتقای نسخه کد پشتیبانی می‌نماید. در گذشته چنین امکاناتی برای کدهای کامپایل شده فراهم نبود. بدلیل اینکهNET. توانست بر این مشکلات اساسی فائق آید، راه حل قدرتمندتری جهت ساخت برنامه‌های تحت اینترنت به شمار می‌رود.

 

NET. چیست؟

NET. محیطی جهت ساخت برنامه‌های توزیع شده است که شامل ابزارهایی نظیر ""کتابخانه کلاسهای پایه"(BCL: Base Class Library)، CLR و زبانهای برنامه‌نویسی است. این ابزارها امکان ساخت انواع مختلفی از نرم‌افزارها، از قبیل فرمهای ویندوز، ADONET.، ASPNET. و سرویسهای وب، را فراهم می‌آورند.

فرمهای ویندوز، مجموعه‌ای از کتابخانه‌ها جهت ساخت رابط‌های کاربر گرافیکی برای برنامه‌های کاربردی است. این کتابخانه‌ها اغلب API های Win32 را در خود دارا می‌باشند. همچنین امکان استفاده از رهیافت شی‌گرایی را جهت تولید آسان برنامه‌های تحت ویندوز، فراهم می‌آورند.

ADONET. مجموعه‌ای از کلاسهای شی‌گرایی است که جهت ساخت مولفه‌های داده و سطوح دسترسی داده در برنامه‌های n-tiered مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ASPNET. شامل مدل برنامه‌نویسی فرمهای وب است که بوسیله آن برنامه‌های تحت وب ساخته شده و تحت اینترنت قابلیت اجرا پیدا کرده و از طریق مرورگر(Browser) قابل دسترسی می‌باشند. این روش مدل بهبود یافته برنامه‌سازی وب است که در آن کدها در سرور کامپایل می‌شوند ولی همانند صفحات HTML در کامپیوتر مشتری اجرا می‌شوند.

سرویسهای وب، رهیافتی جدید، مستقل از platform و استاندارد، جهت ایجاد ارتباط و فعالیت بین سیستمهای ناهمگون در اینترنت، می‌باشند. سرویسهای وبNET.، از زیر ساخت شی‌گرایی برنامه‌نویسی ASPNET. استفاده می‌کنند، اما همچنان از استانداردهای باز و مدلی بر پایه پیغام(Message Based Model) استفاده می‌نمایند. استفاده از استانداردهای باز از قبیل XML، WSDL و UDDI باعث می‌شوند تا سرویسهای وب با سایر سرویسهای وب استاندارد که پیاده‌سازی‌هایی متفاوت دارند، بدون توجه به محیط و platform آنها، ارتباط برقرار نمایند.

این چند نمونه، اندکی از انواع مختلف نرم‌افزارهایی بودند که می‌توان تحتNET. به پیاده‌سازی آنها پرداخت.

 

کتابخانه‌های کلاس‌های پایه(Base Class Library: BCL)

BCL درNET.، شامل هزاران نوع قابل استفاده، جهت افزایش بهره‌وری در ساخت برنامه‌هایNET. است. به علت گستردگی BCL یادگیری تمام کلاسهای آن وقت‌گیر بوده و امکان پذیر نمی‌باشد، به همین دلیل برای صرفه‌جویی در زمان بهتر است قبل از ایجاد یک نوع خاص به جستجوی نوع‌های موجود در BCL بپردازیم. نگاهی کلی به BCL می‌تواند بسیار سودمند باشد. جدول زیر Namespace های مهم و توضیح نوعهای مختلف BCL را نمایش می‌دهد.

 

(جدول در فایل اصلی موجود است)

 

هر Namespace مجموعه‌ای از کلاسهای از پیس ساخته شده NET. است که می‌توان از آنها در برنامه‌های مختلف استفاده نمود.

 

(Common Language Runtime)CLR

CLR یک موتور اجرایی است که با هدف اصلی اجرای هدایت شده کدها درNET. ایجاد گردیده است. CLR به مدیریت اجرا، ارتقای نسخه و امنیت تمامی کدها درNET. می‌پردازد. به همین دلیل کدهایNET. یا C# اغلب تحت عنوان کدهای مدیریت شده، شناخته می‌شوند.(Managed Code) تمامی کدهایی که به CLR مرتبت هستند، تحت عنوان "مدیریت شده" و کدهایی توسط CLR مدیریت نشده‌اند، بلکه مستقیماً به کد ماشین تبدیل می‌شوند، تحت عنوان "مدیریت نشده" بیان می‌شوند.

کدهای مدیریت شده، به کد ماشین کامپایل نمی‌شوند، بلکه به زبان سطح میانی مایکروسافت(MSIL) کامپایل شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. این زبان سطح میانی را می‌توان زبانی شبیه به زبان اسمبلی تصور کرد. IL در حافظه بارگذاری می‌شود و بلافاصله بوسیله CLR در حافظه به کد ماشین کامپایل می‌گردد.

برنامه‌هایNET. از اسمبلی‌هایی تشکیل شده‌اند که اجزای خودکار منطقی توسعه، شناسایی و امنیت به حساب می‌آیند و تفاوت آنها با روشهای قدیمی در آن است که اسمبلی می‌تواند شامل یک یا چندین فایل باشد. اسمبلیNET. به صورت یک فایل اجرایی تک یا یک فایل کتابخانه‌ای است، اما ممکن است حاوی ماژول‌ها، که کدهایی غیر اجرایی بوده و قابلیت استفاده مجدد را دارند، نیز باشد.

مسئله مهم دیگر در مورد CLR، نحوه بارگذاری(Load) و اجرای برنامه توسط آن است. به محض اینکه برنامه NET. شروع به اجرا می‌کند، ویندوز اسمبلیNET. راتشخیص داده و CLR را اجرا می‌کند. سپس CLR نقطه شروع برنامه را شناسایی و پروسه تعیین انواع که در آن، محل قرارگیری انواع مختلف بکار رفته در برنامه مشخص می‌شود را، اجرا می‌کند. اسمبلی شناسایی شده در پروسه Loader بارگذاری می‌گردد.

شکل 1-1 نحوه مدیریت برنامه‌ها توسط CLR

(شکل در فایل اصلی موجود است)

زبان های برنامه‌نویسی

قسمت مهم دیگرNET.، پشتیبانی آن از چندین زبان برنامه‌نویسی متفاوت است. IL طوری طراحی شده است که از چندین زبان برنامه‌نویسی پشتیبانی نماید. در حقیقت، هم اکنون ده‌ها زبان برنامه‌نویسی مورد پشتیبانی و پذیرش IL می‌باشند. علاوه بر C#،NET. شامل زبانهایی نظیر Visual Basic، Jscript، J# و C++ نیز می‌باشد. برخی دیگر از زبانهای برنامه‌سازی مهم که بوسیله IL پشتیبانی می‌شوند عبارتند از: Borland DelphiNET.، CobolNET.، Fujitsu، PythonNET.، PerlNET. و بسیاری دیگر از زبانهای برنامه‌سازی که تحتNET. عمل می‌کنند و بوسیله آن مورد پذیرش هستند.

عامل اصلی نگهدارنده این زبانها در کنار یکدیگر، (Common Types System)CTS است. اگرچه هر یک از این زبانها نوع‌های خود را در روشهای خاص خود ارائه می‌دهند، رفتار زیرساختی هر یک از آنها نسبت به CLR یکسان است. CTS اعضای یک نوع را مشخص می‌نماید: فیلد، متد، رخداد، ویژگی(Property) و اندیکسر(Indexer). همچنین سطوح دسترسی به آنها را نیز معین می‌نماید: عمومی(public)، داخلی(internal)، حفاظت شده (protected)، حفاظت شده داخلی(protected internal) و خصوصی(private). البته باید توجه کرد که مسلماً کلمات کلیدی هر یک از زبانها با سایر زبانها متفاوت است اما ساختار اصلی آنها در CLR یکسان است.

سوال مهمی که در اینجا مطرح می‌گردد، اینست که چرا از چندین زبان استفاده می‌شود؟ برای پاسخ به این سوال توجه شما را به پروژه‌های تجاری عظیم جلب می‌کنم. همانطور که می‌دانید هر پروژه تجاری دارای شرایط و ویژگیهای خاص به خود است و یکی از مهمترین عوامل در تولید و راهبری پروژه‌های امروزی امکان استفاده مجدد از برنامه‌ها است. استفاده از چندین زبان برنامه‌نویسی اولاً می‌تواند نیاز هر نوع پروژه‌ای را طبق خواستهای آن برآورده کند و ثانیاً قابلیت استفاده مجدد را افزایش می‌دهد.

یکی دیگر از مزایای استفاده از چندین زبان برنامه‌نویسی، تجارت بین‌المللی است، بدین معنا که هر شرکت می‌تواند نرم‌افزار و محصول خود را با یکی از زبانهای مورد نظر خود ساخته و بدون نگرانی از عدم همخوانی آن با سایر محصولات به بازار ارایه نماید. پشتیبانیNET. از رنج وسیعی از زبانهای برنامه‌نویسی امکان به اشتراک‌گذاری کدها و استفاده مجدد از برنامه‌ها را به راحتی فراهم کرده و عصر جدیدی را در تولید نرم‌افزار ایجاد نموده است.

 

مزایای پشتیبانی از چندین زبان برنامه‌نویسی

این امکان باعث می‌شود تا هر فرد با توجه به علایق و سوابق کاری خود به برنامه‌نویسی با زبانی خاص بپردازد. بعنوان مثال فرض کنید گروهی مدتها با COBOL برنامه‌نویسی کرده‌اند، حال چونNET. از این زبان نیز پشتیبانی می‌کند، این گروه با صرف مدت زمانی کوتاه می‌توانند بهNET. روی‌آورده و از مزایای آن بهره‌مند شوند. از دیگر مزایای چند زیانی استفاده مجدد از مولفه‌ها و اجزای برنامه‌های نوشته شده است.

البته به یک نکته مهم باید توجه کرد، که منظور در این‌جا این نیست که در یک پروژه با چندین زبان شروع به برنامه‌نویسی کنیم، اما با قابلیتNET. می‌توانیم مثلاً dll های نوشته شده به زبان C# را در یک پروژه‌ای که با زبان VBNET. نوشته می‌شود، مورد استفاده قرار دهیم.

در این‌ جا باید به این نکته نیز توجه کرد که همگونی و سازگاری بین دو زبان همیشه بصورت کامل و خودکار صورت نمی‌گیرد و در برخی موارد هر زبان ویژگی‌های خاص خود را دارد که در زبان دیگر قابل اجرا و شناسایی نمی‌باشد. بعنوان مثال، برنامه‌های VBNET. نمی‌توانند با dll های C# که دارای متدهای عمومی هستند و نوع آنها به طور اشاره‌گر(pointer) تعریف شده است، کار نمایند.

"خصوصیات عمومی زبان" یا CLS به منظور حل چنین مشکلاتی طراحی شده است. CLS ویژگی‌های عمومی یک زبان را مشخص می‌کند و تعیین می‌کند که زبانها در صورت نیاز به اشتراک‌گذاری کدها تا چه حدی می‌توانند عمل نمایند. بعنوان مثال، C# برای اینکه بخواهد با CLS همخوانی داشته باشد، نباید اشاره‌گرها و نوع‌های بدون علامت را به صورت عمومی(public) در نظر بگیرد.

 

فصل دوم: آغاز کار با C#

 در این درس با ارائه چند برنامه و مثال ساده به طرز کار زبان C# می‌پردازیم. اهداف این درس عبارتند از:

فهم ساختار پایه‌ای یک برنامه C#

آشنایی با Namespace

آشنایی با کلاس (Class)

آشنایی با عملکرد متد Main()

آشنایی با ورودی/خروجی یا I/O

 

لیست 1-2، یک برنامه ساده با عنوان Welcome در زبان C#

// Namespace اعلان

using System;

 

// کلاس آغازین برنامه

class WelcomeCSS

 {

 // آغاز کار اجرای برنامه

 public static void Main()

 {

  // نوشتن متن در خروجی

  Console.WriteLine("Welcome to the C# Persian Tutorial!");

 }

 }

برنامه لیست 1-2 دارای 4 پارامتر اصلی است، اعلان Namespace، کلاس، متد Main() و یک دستور زبان C#.

در همین جا باید به یک نکته اشاره کنم، برای زبان C# همانند بیشتر زبانهای برنامه‌سازی دو نوع کامپایلر وجود دارد. یک نوع کامپایلر که به کامپایلر Command Line معروف است و نوع دیگر کامپایلر Visual است. کامپایلر‌های Command Line محیطی شبیه به محیط DOS دارند و با دادن یک سری دستورات به اجرا در می‌آیند. کامپایلرهای Visual محیطی همانند ویندوز دارند که با دارا بودن محیط گرافیکی و ابزارهای خاص، برنامه‌نویس را در امر برنامه‌سازی کمک می‌کنند. از نمونه‌های هر یک از کامپایلرها، می‌توان به Microsoft C# Command Line Compiler که یک کامپایلر Command Line و Microsoft Visual C# که یک کامپایلر Visual است، اشاره کرد. البته در حال حاضر بیشتر از کامپایلرهای ویژوال استفاده می‌شود.

من سعی می‌کنم در آینده به توضیح محیط Visual C# و Visual StudioNET. بپردازم. اما فعلاً برای اجرای برنامه‌ها می‌توانید از Visual StudioNET. استفاده کنید. پس از نصب آن، وارد محیط C# شده و در قسمت انتخاب برنامه جدید گزینه Console را جهت اجرای برنامه‌ها انتخاب نمایید.

برای این درس، فعلاً به توضیحات بیشتر درباره محیط ویژوال نمی‌پردازم اما در آینده به توضیح کامل محیط Visual StudioNET. خواهم پرداخت.

برای اجرای کد بالا در صورتیکه از محیط ویژوال استفاده می‌کنید باید بر روی دکمه Run کلیک کنید و در صورتیکه کامپایلر Command Line دارید با دستور زیر می‌توانید برنامه را اجرا کنید: csc Welcome.cs

پس از اجرای برنامه، کامپایلر برای شما یک فایل قابل اجرا(Executable) تحت نام Welcome.exe تولید می‌کند.

نکته: در صورتیکه از Visual StudioNET.(VSNET.) استفاده کنید، پس از اجرای برنامه، یک صفحه برای نمایش خروجی به سرعت باز شده و بسته می‌شود و شما قادر به دیدن خروخی نخواهید بود. برای اینکه بتوانید خروجی برنامه را ببینید، در انتهای برنامه دستور زیر را وارد نمایید:

‍Console.ReadLine();

 استفاده از این دستور باعث می‌شود تا برنامه منتظر دریافت یک ورودی از کاربر بماند، که در این حالت شما می‌توانید خروجی برنامه خود را دیده و سپس با زدن کلید Enter برنامه را خاتمه دهید.