1 Softwareentwicklung mit.NET Teil 1 Was ist.NET? Die.NET Common Language Runtime Dr. Ralph Zeller.

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1 1 Softwareentwicklung mit.NET Teil 1 Was ist.NET? Die.NET Common Language Runtime Dr. Ralph Zeller

2 2 Was ist.NET? Mit dem.NET Framework können verteilte, XML basierte Web Applikationen erstellt werden. Zu einer.NET Plattform gehört ein geeignetes Betriebssystem und Serversoftware.

3 3 Benutzer- sicht Web Services PCs und SmartDevices Infrastruktur Identity Notification Application Center 2000 BizTalk Server 2000 Commerce Server 2000 Exchange 2000 SQL Server 2000 ISA Server 2000 Mobile Information 2001 Server Host Integration Server 2000 Enterprise Servers VisualStudio.NET.NET Framework EntwicklerTools Was gehört zu.NET?

4 4  Programmatischer Zugriff auf Services im Web  Kommunikation von Web-Anwendungen untereinander  XML als Standard für Daten(beschreibung) plattform- und sprachunabhängig  SOAP als Protokoll für Funktionsaufrufe plattform- und sprachunabhängig  Metabeschreibung der Services per XML Web Service Description Language WSDL in Zukunft per UDDI (Universal Description, Discovery and Integration).NET Design Web Services

5 5.NET Plattform Infrastruktur Framework & Tools Building Block Services Common Language Runtime Einheitliche Klassenbibliothek Visual Studio.NET Ständig verfügbare Internet-Dienste (Code-Updates, Suchdienste, Messenger,.NET My Services) Heutige „2000-Produktfamilie“ (zukünftig.NET Enterprise Servers) Devices Mobile Geräte, auf denen.NET Anwendungen laufen (Handy, Handheld)

6 6 Class-LoaderRemoting KontextConcurrencyTransaktionenSprach-integration Warum eine Runtime? Einheitliches Integrationsmodell COM Runtime (OLE32.DLL) Microsoft Transaction Server (MTXEX.DLL) Layer (VBRUNxx.DLL) (MSVCRT.DLL) COM+ Runtime (OLE32.DLL) Layer (VBRUNxx.DLL) (MSVCRT.DLL) Common Language Runtime (MSCOREE.DLL) (MSCORLIB.DLL)

7 7.NET Framework ASPVB FormsMFC & ATL Windows API Warum ein Framework? Einheitliches Programmiermodell

8 8 System System.DataSystem.Xml System.Web Globalization Diagnostics Configuration Collections Resources Reflection Net IO Threading Text ServiceProcess Security Design ADO SQLTypes SQL XPath XSLT Runtime InteropServices Remoting Serialization ConfigurationSessionState CachingSecurity Services Description Discovery Protocols UI HtmlControls WebControls System.Drawing Imaging Drawing2D Text Printing System.WinForms DesignComponentModel Das.NET Framework

9 9 VB Compiler ASM Code Übersicht C# Compiler IL Code C++ Compiler JIT Compiler Ngen (Native Image Generator) Common Language Runtime Betriebssystem

10 10  Sämtlicher Code wird unter Aufsicht der Common Language Runtime ausgeführt Runtime führt Sicherheitsüberprüfungen aus Runtime übernimmt Speicherverwaltung und Fehlerbehandlung (  GC, Exceptions) Runtime führt Versionsprüfungen aus Dieser Code wird mit Managed Code bezeichnet Basics Managed Code

11 11  Compiler erzeugen keinen native Code sondern eine prozessorunabhängige Zwischensprache MSIL – Microsoft Intermediate Language Sprachintegration erfolgt auf Ebene von MSIL Basics Microsoft Intermediate Language

12 12  IL-Code wird vor der Ausführung immer (!) durch Compiler in echten Maschinencode übersetzt Unabhängigkeit von Hardwareplattformen für Windows CE gibt es das Compact Framework Basics Code wird kompiliert

13 13 JIT CompilerKlasse A Methode 1 (ASM) Methode 2 (IL) Methode 3 (IL) Methode 4 (IL) Klasse B Methode 1 (IL) Methode 2 (IL) (1) Methodenaufruf (2) IL-Code durch native Code ersetzen Methode 1 (ASM) Basics Code wird kompiliert

14 14  Erzeugt aus IL Code ein Native Executable  Output ist abhängig von CPU Typ Betriebssystemversion Exakte Identität des Assemblies Exakte Identität aller referenzierten Assemblies Command-line Schaltern JIT Compiler Ngen.exe

15 15  Das Typsystem wandert vom Compiler in die Runtime Typen werden eindeutig „ein String unter C# und ein String unter VB.NET sind identisch“ Sprachen werden interoperabel, da sie das gleiche Typsystem benutzen CTS – Common Type System Basics Common Type System

16 16  MSIL unterscheidet sich von „reinen“ Assemblersprachen komplexe Datentypen und Objekte sind fester Bestandteil Konzepte wie Vererbung und Polymorphie werden von vornherein unterstützt Basics Implikationen

17 17 Basics Beispiel 1: „Hello World“ unter.NET

18 18  Sprachen werden gleichwertig, da alle Compiler MSIL-Code erzeugen „eine C# Klasse kann von einer VB.NET Klasse abgeleitet sein“ einheitliche Fehlerbehandlung  Compilerbau wird einfacher kein Typsystem Sprachen sind per„Definition“ interoperabel Basics Implikationen

19 19 Basics Beispiel 2: Integration auf Codeebene

20 20 Object Value Type Enum Type String Array Exception Boolean Byte Char Currency DateTime Decimal Double Guid Int16 Int32 Int64 SByte Single TimeSpan TypedRef. UInt16 UInt32 UInt64 Void Delegate Typen im Namespace System Common Type System Das Objektmodell

21 21 Common Type System Beispiel 3: Boxing und Unboxing

22 22  Zwei Objekte sind gleich, wenn deren Inhalte gleich sind  Zwei Objekte sind identisch, wenn sie die gleiche Instanz referenzieren  Gleichheit definiert sich über die virtuelle Methode System.Object.Equals identisch: System.Object.Equals = true gleich: System.Object.Equals.Value = true Common Type System Gleichheit und Identität von Objekten

23 23  Klassen und Methoden können über Attribute mit Metadaten versehen werden  Der Wert eines Attributs kann zur Laufzeit ausgelesen werden  Attribute werden durch Ableitungen von der Klasse System.Attribute definiert  Konsequente Weiterentwicklung des Attribut-Gedankens von COM+ Aber: COM+ Attribut ≠ CLR Attribut !!! Common Type System Attribute

24 24 Common Type System Beispiel 4: Attribute

25 25  Die Common Language Runtime ermöglicht unabhängig von Programmiersprachen eine durchgängig objekt- und komponentenorientierte Programmierung .NET Sprachen sollten sich auf die Typen beschränken, die über das Common Type System definiert sind Bestandsaufnahme

26 26 Compiler (C#, VB.NET, etc.) Typ A {…} Source Code Typ B {…} Typ C {…} Metadaten für die Typen A, B und C MSIL-Code für Typ A MSIL-Code für Typ B MSIL-Code für Typ C Modul Metadaten und Reflection Übersetzen von Sourcen

27 27  Ein Modul dient als Container für Typen  Ein Modul enthält den IL-Code der Typen Beschreibung der Typen  Die Beschreibung der Typen wird mit Metadaten bezeichnet  Jedes Modul enthält Metadaten Compiler erstellt Metadaten „on the fly“ Metadaten und Reflection

28 28  Metadaten sind für alle Module auf die gleiche Art und Weise aufgebaut Einheitliches Format !!!  Metadaten eines Moduls können zur Laufzeit ausgelesen und geändert werden Diesen Vorgang nennt man Reflection.NET Framework stellt entsprechende Klassen über den Namespace System.Reflection bereit Metadaten und Reflection

29 29 Metadaten und Reflection Beispiel 5: Reflection

30 30 Assemblies .NET Anwendungen bestehen aus Assemblies Assembly = Komponente?  Ein Assembly ist ein Container für Module  Sämtliche Sicherheits- und Versionsüberprüfungen durch die CLR erfolgen auf der Basis von Assemblies !!!

31 31 Compiler (C#, VB.NET, etc.) Typ A {…} Source Code Typ B {…} Typ C {…} Metadaten für die Typen A, B und C MSIL-Code für Typ A MSIL-Code für Typ B MSIL-Code für Typ C Modul (app1.vb) Manifest Assembly (app1.dll) Assemblies Übersetzen von Sourcen

32 32 Assemblies  Sobald ein Modul kompiliert ist, gehört es zu einem Assembly Compiler erstellt Assembly „on the fly“.NET Framework stellt entsprechende Klassen über den Namespace System.Reflection.Emit bereit  Die im Modul vorhandenen Typen sind nur innerhalb des Assemblies bekannt

33 33 Metadaten für D und E Modul 1 (app2.dll) Manifest Assembly (app1.dll) MSIL-Code für Typ D MSIL-Code für Typ E Metadaten für F und G Modul 2 (app3.dll) MSIL-Code für Typ F MSIL-Code für Typ G Assemblies Container für mehrere Module

34 34  Jedes Assembly enthält genau ein Manifest  Das Manifest beschreibt das Assembly Keine Headerdateien Keine Typenbibliothek, o. ä. Assemblies Manifest

35 35  Das Manifest enthält Assembly-Identität Name + Version + Ländercode Liste der Module, aus denen das Assembly besteht Referenzierte Assemblies Exportierte Typen und Resourcen Attribute Assemblies Manifest

36 36  Private Assembly Assembly kann nur von genau einer Anwendung benutzt werden  Shared Assemby Assembly kann global von allen Anwendungen benutzt werden Assemblies Kategorien

37 37  Identifikation anhand eines einfachen Namens, z.B. “Stringer”  Keine Versionsüberprüfung  Installation per Filecopy Standardmäßig befinden sich Assembly und Anwendung im gleichen Verzeichnis Verzeichnis kann per.config-Datei definiert werden Assemblies Private Assembly

38 38 Assemblies Beispiel 6: Private Assembly

39 39  Identifikation über einen Strong Name  Versionsüberprüfung durch die Runtime  Installation im Global Assembly Cache (  SDK-Tool al.exe oder gacutil.exe) systemweiter “Speicherbereich” normale Dateien keine Registry-Einträge, o. ä. Assemblies Shared Assembly

40 40  Eindeutigkeit des Namens wird mit Hilfe der Public-Key-Verschlüsselung hergestellt Strong Name = Identität + Public Key Attribut Originator im Manifest Assemblies Shared Assembly - Strong Name

41 41 1.Keyfile erstellen (  sn.exe –k outf) 2.Im Sourcecode des Shared Assemblies Attribut [assembly: AssemblyKeyFile( )] angeben 3.Beim Kompilieren des Shared Assemblies wird der Public Key im Manifest eingetragen 4.Client, der das Assembly referenziert, erhält beim Kompilieren eien Hashwert d. Public Key (  publickeytoken in seinem Manifest) Assemblies Sign-Verfahren für Shared Assemblies

42 42  Client wird standardmäßig an die Version des Shared Assemblies gebunden, die in seinem Manifest eingetragen ist  Dieses Verhalten kann per.config-Datei überschrieben werden (  später) Assemblies Shared Assembly zur Laufzeit laden

43 43 Assemblies Beispiel 7: Shared Assembly

44 44 Versionierung Aufbau der Versionsnummer

45 45  Ein Shared Assembly ist grundsätzlich inkompatibel zum Client, wenn sich die Major- oder Minor-Version ändert Beispiel: neues Produktrelease Runtime wirft eine Type Load Exception Versionisierung Inkompatibel

46 46  Ein Shared Assembly kann kompatibel zum Client sein, wenn sich die Revision bei gleich bleibender Major- und Minor- Version ändert Beispiel: Servicepack Runtime versucht, das Assembly mit der höchsten Revisions- und Buildnummer zu laden Versionisierung Vielleicht kompatibel

47 47  Ein Shared Assembly ist grundsätzlich kompatibel zum Client, wenn sich nur die Buildnummer ändert In diesem Fall liegt ein sogenannter Quick Fix Engineering (QFE) vor Beispiel: Security Hotfix Runtime versucht, das Assembly mit der höchsten Revisions- und Buildnummer zu laden Versionisierung QFE – Quick Fix Engineering

48 48 <requiredRuntime version="v1.0.0.0" safemode="true"/> <assemblyIdentity name="Reverser" publicKeyToken="2c47419262627255"/> <bindingRedirect oldVersion=„1.0.0.0" newVersion=„2.0.0.0"/> Versionierung Vorgaben per.config-Datei definieren

49 49  Beispiel für die Option bindingRedirect Version 2.0.0.0 ist inkompatibel zu 2.0.1.0 ohne neu zu kompilieren können Clients dennoch die Version 2.0.0.0 benutzen Versionisierung Vorgaben per.config-Datei definieren

50 50  Option bindingRedirect – Client soll eine ganz bestimmte Version eines Ass. laden Name Name des Assemblies Originator Public Key des Assemblies, um Eindeutigkeit zu gewährleisten oldVersion Version, die nicht geladen werden sollen (  ein Stern kennzeichnet alle Versionen) newVersion Version des Assemblies, das geladen werden soll Versionisierung Vorgaben per.config-Datei definieren

51 51  Beispiel für die Option BindingRedir Version 2.0.0.0 wurde installiert, hat aber einen Fehler Die Version 1.0.0.0 funktionierte hingegen reibungslos ohne neu zu kompilieren können sämtliche Aufrufe auf die Version 1.0.0.0 “umgeleitet” werden Versionierung Vorgaben per.config-Datei definieren

52 52  Sprachübergreifende Integration und einheitliche Fehlerbehandlung über ein gemeinsames Typsystem  Unterschiedliche Versionen gleicher Komponenten können parallel betrieben werden (  Ende der “DLL Hölle”)  Deployment von Anwendungen wird einfacher (  Filecopy, keine Registry) Zusammenfassung

53 53 Fragen? Uff...

54 54 Glossar  IIS – Internet Information Server: Der Webserver von Microsoft  CLR – Common Language Runtime: gemeinsame Laufzeitumgebung für alle.NET Anwendungen.  CG – Garbage Collection: Sie sorgt dafür, das Speicher, der von einem Programm angefordert und benutzt wurde automatisch wieder freigegeben wird. Vorsicht beim Programmieren: Die GC bestimmt, wann Speicher physikalisch freigegeben wird. Deshalb sollten „teure“ Resourcen - wie bspw. Datenbankverbindungen - explizit innerhalb einer eigens dafür geschriebenen Methode „entsorgt“ werden. Diese Methode sollte immer dann aufgerufen werden, wenn die Resourcen unmittelbar freigegeben werden sollen.  MSIL – Microsoft Intermediate Language  JIT – Just in time  Managed Code: In der.NET Plattform wird kein nativer Code mehr erzeugt. Stattdessen generieren Compiler unter.NET eine Zwischensprache (MSIL), die dann unter Aufsicht der CLR bei Bedarf (JIT) in nativen Code übersetzt und ausgeführt wird. Deshalb wird der von den Compilern erzeugte Code auch Managed Code genannt. .config-Datei: Jede.NET Anwendung kann mit benutzerspezifischen Einstellungen versehen werden. Diese Einstellungen können in einer XML-Datei abgelegt sein, die sich im Verzeichnis der Anwendung befinden muss. Die Datei muss außerdem die Endung.config haben und den gleichen Namen wie die Anwendung besitzen (z.B.: C:\Test.exe und C:\Test.exe.config).