2000年6月，Microsoft推出了“Microsoft.NET下一代互聯(lián)網(wǎng)軟件和服務(wù)戰(zhàn)略”，引起IT行業(yè)的廣泛關(guān)注。2000年9月，Microsoft在舊金山發(fā)布了Enterprise 2000。同月，Microsoft原總裁兼首席執(zhí)行官鮑爾默來(lái)到中國(guó)就“下一代互聯(lián)網(wǎng)”的主題進(jìn)行演講，在中國(guó)掀起了一股“.NET旋風(fēng)”。2000年11月，Microsoft在Comdex計(jì)算機(jī)大展上發(fā)布了Visual Studio.NET軟件，并展示了其.NET發(fā)展戰(zhàn)略的框架體系和開(kāi)發(fā)工具的相關(guān)特性，全面加速了Microsoft以.NET技術(shù)進(jìn)軍市場(chǎng)的步伐。 

　　Microsoft的.NET戰(zhàn)略意味著：Microsoft以及在Microsoft平臺(tái)上的開(kāi)發(fā)者將會(huì)制造服務(wù)，而不是制造軟件。在未來(lái)幾年之內(nèi)，Microsoft將陸續(xù)發(fā)布有關(guān).NET的平臺(tái)和工具，用于在因特網(wǎng)上開(kāi)發(fā)Web服務(wù)。那時(shí)，工作在.NET上的用戶、開(kāi)發(fā)人員和IT工作人員都不再購(gòu)買(mǎi)軟件、安裝軟件和維護(hù)軟件。取而代之的是，他們將定制服務(wù)，軟件會(huì)自動(dòng)安裝，所有的維護(hù)和升級(jí)也會(huì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行。“Microsoft.NET 代表了一個(gè)集合、一個(gè)環(huán)境、一個(gè)可以作為平臺(tái)支持下一代Internet的可編程結(jié)構(gòu)。”這就是鮑爾默對(duì).NET的描述。


　　作為.NET的最新特性組成部分，Microsoft .NET Framework是一個(gè)用于構(gòu)建，部署和運(yùn)行Web服務(wù)及應(yīng)用程序的平臺(tái)。它為將現(xiàn)有投資與下一代應(yīng)用程序和服務(wù)的集成提供了高產(chǎn)的，基于標(biāo)準(zhǔn)的，多語(yǔ)言環(huán)境，同時(shí)它還用于解決Internet級(jí)應(yīng)用程序的部署和操作問(wèn)題。.NET框架包含三個(gè)主要部分：通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)，一組層次化的統(tǒng)一的類庫(kù)，及組件化版本的動(dòng)態(tài)服務(wù)器主頁(yè)(稱為ASP.NET)。

　　用于開(kāi)發(fā).NET Framework的語(yǔ)言有Visual C#、VB.NET和C++托管擴(kuò)展(Managed Extensions for C++)。其中C#是開(kāi)發(fā).NET的元語(yǔ)言，而C++托管擴(kuò)展是在C++基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，用來(lái)為Visual C++程序員開(kāi)發(fā).NET框架應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)。為敘述方便，我們將C++托管擴(kuò)展就稱之為“托管C++”。
為了幫助C/C++以及Visual C++程序員或愛(ài)好者快速使用托管C++開(kāi)發(fā).NET Framework程序，我們將陸續(xù)推出相關(guān)的一系列文章。

　　本篇“托管C++概述”主要講述了什么是托管C++、開(kāi)發(fā).NET Framework(框架)的項(xiàng)目類型以及與標(biāo)準(zhǔn)C++之間的區(qū)別。

　　1、什么是托管C++？

　　在回答這個(gè)問(wèn)題，首先要搞清楚什么是“托管”(Managed)。托管是.NET的一個(gè)專門(mén)概念，它是融于通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)(CLR)中的一種新的編程理念，因此我們完全可以把“托管”視為“.NET”。那么什么是“通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)”？通用語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)是.NET 框架應(yīng)用程序的執(zhí)行引摯。它提供了許多服務(wù)，其中包括：代碼管理(裝入和執(zhí)行)、類型安全性驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)(高級(jí)類型信息)訪問(wèn)、為管理對(duì)象管理內(nèi)存、管理代碼，COM對(duì)象和預(yù)生成的DLLs(非管理代碼和數(shù)據(jù))的交互操作性、對(duì)開(kāi)發(fā)人員服務(wù)的支持等等。

　　也就是說(shuō)，使用托管C++意味著，我們的代碼可以被CLR所管理，并能開(kāi)發(fā)出具有最新特性如垃圾自動(dòng)收集、程序間相互訪問(wèn)等的.NET框架應(yīng)用程序。

　　由托管概念所引發(fā)的C++應(yīng)用程序包括托管代碼、托管數(shù)據(jù)和托管類三個(gè)組成部分。　　

　　(1) 托管代碼：.Net環(huán)境提供了許多核心的運(yùn)行(RUNTIME)服務(wù)，比如異常處理和安全策略。為了能使用這些服務(wù)，必須要給運(yùn)行環(huán)境提供一些信息代碼(元數(shù)據(jù))，這種代碼就是托管代碼。所有的C#、VB.NET、JScript.NET默認(rèn)時(shí)都是托管的，但Visual C++默認(rèn)時(shí)不是托管的，必須在編譯器中使用命令行選項(xiàng)(/CLR)才能產(chǎn)生托管代碼。

　　(2) 托管數(shù)據(jù)：與托管代碼密切相關(guān)的是托管數(shù)據(jù)。托管數(shù)據(jù)是由公共語(yǔ)言運(yùn)行的垃圾回收器進(jìn)行分配和釋放的數(shù)據(jù)。默認(rèn)情況下，C#、Visual Basic 和 JScript.NET 數(shù)據(jù)是托管數(shù)據(jù)。不過(guò)，通過(guò)使用特殊的關(guān)鍵字，C# 數(shù)據(jù)可以被標(biāo)記為非托管數(shù)據(jù)。Visual C++數(shù)據(jù)在默認(rèn)情況下是非托管數(shù)據(jù)，即使在使用 /CLR 開(kāi)關(guān)時(shí)也不是托管的。

　　(3) 托管類：盡管Visual C++數(shù)據(jù)在默認(rèn)情況下是非托管數(shù)據(jù)，但是在使用C++的托管擴(kuò)展時(shí)，可以使用“__gc”關(guān)鍵字將類標(biāo)記為托管類。就像該名稱所顯示的那樣，它表示類實(shí)例的內(nèi)存由垃圾回收器管理。另外，一個(gè)托管類也完全可以成為 .NET 框架的成員，由此可以帶來(lái)的好處是，它可以與其他語(yǔ)言編寫(xiě)的類正確地進(jìn)行相互操作，如托管的C++類可以從Visual Basic類繼承等。但同時(shí)也有一些限制，如托管類只能從一個(gè)基類繼承等。需要說(shuō)明的是，在托管C++應(yīng)用程序中既可使用托管類也可以使用非托管類。這里的非托管類不是指標(biāo)準(zhǔn)C++類，而是使用托管C++語(yǔ)言中的__nogc關(guān)鍵字的類。

2、用托管C++可以開(kāi)發(fā).NET框架的項(xiàng)目類型

　　使用托管C++應(yīng)該是C++程序員編寫(xiě).NET框架應(yīng)用程序最好的一種選擇，通過(guò)集成在Visual Studio.NET開(kāi)發(fā)環(huán)境的托管C++向?qū)В覀兛梢詣?chuàng)建以下幾種開(kāi)發(fā).NET框架的項(xiàng)目類型：

　　(1) 托管C++應(yīng)用程序:用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)支持托管擴(kuò)展的單獨(dú)C++應(yīng)用程序，使用它還可創(chuàng)建任何類型的應(yīng)用程序，包括.NET框架客戶應(yīng)用程序。

　　(2) 托管C++類庫(kù):用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)支持托管擴(kuò)展的C++DLL，使用它可以生成一個(gè)能被.NET框架應(yīng)用程序調(diào)用的托管類型的組件。

　　(3) 托管C++空項(xiàng)目：用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)空的托管項(xiàng)目，該項(xiàng)目只含有支持托管擴(kuò)展的正確編譯和鏈接的開(kāi)關(guān)選項(xiàng)。使用它能將一個(gè)已有的C++源文件進(jìn)入到一個(gè)托管環(huán)境中。

　　(4) 托管C++ Web服務(wù)：用于創(chuàng)建兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)是C++托管擴(kuò)展項(xiàng)目，另一個(gè)是部署項(xiàng)目。

　　3、托管C++與標(biāo)準(zhǔn)C++的主要區(qū)別

　　盡管托管C++是從標(biāo)準(zhǔn)C++建立而來(lái)的，但它與標(biāo)準(zhǔn)C++有著本質(zhì)上的區(qū)別，這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1) 廣泛采用“名稱空間”(namespace)

　　名稱空間是類型的一種邏輯命名方案，.NET使用該命名方案用于將類型按相關(guān)功能的邏輯類別進(jìn)行分組，利用名稱空間可以使開(kāi)發(fā)人員更容易在代碼中瀏覽和引用類型。當(dāng)然，我們也可將名稱空間理解成是一個(gè)“類庫(kù)名”。 

　　盡管很早Microsoft就在Visual C++中支持名稱空間的編程方式，但是很少引起Visual C++程序員的普遍關(guān)注。現(xiàn)在在托管C++程序中，我們必須使用這一方式，即使用#using和using關(guān)鍵字。例如下面的簡(jiǎn)單程序代碼是在控制臺(tái)上輸出“Hello World”：

#using  using namespace System; int main(void) { Console::WriteLine(S"Hello World"); return 0; }

　　代碼中，#using是用來(lái)將一個(gè)元數(shù)據(jù)文件輸入到托管C++程序中，這些文件可以是包含托管數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)的MSIL (Microsoft intermediate language，微軟中間語(yǔ)言)文件，如DLL、EXE、OBJ文件等。mscorlib.dll是.NET框架的一個(gè)核心類庫(kù)，包含主要的名稱空間System。程序的第二行代碼“using namespace System;”用來(lái)使用System名稱空間。System是.NET框架根名稱空間，包含最基本的類型，如用于數(shù)據(jù)流的輸入/輸出的System::IO等。

　　在對(duì)托管C++程序開(kāi)發(fā)的不斷深入，我們不久就會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多類型的引用都要在程序的前面使用#using和using來(lái)進(jìn)行。

　　(2) 基本數(shù)據(jù)類型的變化

　　我們知道，標(biāo)準(zhǔn)C++語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型是非常豐富的。而托管C++的數(shù)據(jù)類型更加豐富，不僅包含了標(biāo)準(zhǔn)C++中的數(shù)據(jù)類型，而且新增了__int64(64位整型)、Decimal(96位十進(jìn)制數(shù))、String*(字符串類型)和Object*(對(duì)象類型)等類型，表1-1列出它們各自數(shù)據(jù)類型。

類型描述	標(biāo)準(zhǔn)C++類型名	托管C++類型名	長(zhǎng)度(位)
布爾型	bool	bool	8
字符型	char	signed char	8
無(wú)符號(hào)字符型	unsigned char	char	8
短整型	short [int]	short	16
無(wú)符號(hào)短整型	unsigned short [int]	unsigned short	16
整型	int	int 或 long	32
無(wú)符號(hào)整型	unsigned [int]	unsigned int 或 long	32
長(zhǎng)整型	long [int]	long	32
無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型	unsigned long [int]	unsigned long	32
單精度浮點(diǎn)型	float	float	32
雙精度浮點(diǎn)型	double	double	64
長(zhǎng)雙精度浮點(diǎn)型	long double	--	64
Unicode字符	--	wchar_t	16
64位整型	--	__int64	64
無(wú)符號(hào)64位整型	--	unsigned __int64	64
96位十進(jìn)制值	--	Decimal	96
對(duì)象類型	--	Object*	32
字符串類型	--	String*	--

　　需要注意的是，String和Object在定義一個(gè)變量時(shí)，注意要有星號(hào)(“*”)，但這個(gè)變量不是指針變量，這與標(biāo)準(zhǔn)C++的含義是不一樣的。例如上面的代碼可以改為：

#using  using namespace System; int main(void) { String* hello = S"Hello World"; Console::WriteLine(hello); return 0; }

　(3) 新增三個(gè)托管C++類型：__gc class、__value class和__gc interface

　　一個(gè)__gc類或結(jié)構(gòu)意味著該類或結(jié)構(gòu)的生命周期是由.NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)自動(dòng)管理及垃圾自動(dòng)收集，用戶不必自已去調(diào)用delete來(lái)刪除。定義一個(gè)__gc類或結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)C++基本相似，所不同的是在class或struct前加上__gc，例如下面的代碼：

__gc class G { public: int k; int sum(int); }; G::sum(int i) {return i*(i + 1)/2;} int main() { G * g = new G; Console::WriteLine(g->sum(4)); // 結(jié)果輸出10 return 0; }

　　但要注意：

　　A. 一個(gè)__gc類不能從一個(gè)非托管類中繼承，且不能包含從它派生的非托管類。但一個(gè)__gc類最多可以從一個(gè)托管類中繼承。

　　B. 一個(gè)__gc類不能定義成一個(gè)友元類或包含一個(gè)友元成員函數(shù)。所謂友元函數(shù)，是用來(lái)讓外部函數(shù)訪問(wèn)類中的私有和保護(hù)類型成員。

　　C. 一個(gè)__gc類不能聲明或定義以及重載new或delete操作以及不能包含using等聲明。

　　__value類是用來(lái)使用具有短生命期的小型數(shù)據(jù)項(xiàng)，它不同于__gc類。__gc類數(shù)據(jù)分配在CLR堆中，而__value類對(duì)象是在運(yùn)行棧或稱為NDP(.NET Developer Platform，.NET開(kāi)發(fā)者平臺(tái))堆中創(chuàng)建的，從而避免了垃圾回收器不斷分配和釋放空間而帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)。一個(gè)__value類可以聲明成為一個(gè)局部變量、參數(shù)和返回值，也可嵌入到一個(gè)__gc類中或是作為一個(gè)靜態(tài)變量或在C++堆中分配的變量。例如下面的代碼：

#using  using namespace System; __value struct V { int i; }; __gc struct G { V v; }; // 嵌入到__gc類中 V f(V v) { // 定義一個(gè)全局函數(shù)，其值存儲(chǔ)在運(yùn)行棧中 v.i += 1; // 不影響原來(lái)形參v的值 return v; // 返回V結(jié)構(gòu)類型的值 } int main(void)  { V v1 = {10}; // 在運(yùn)行棧中聲明并初始化 V v2 = f(v1); // 調(diào)用f函數(shù)，此時(shí)v1中的i為10，而v2中的i為11 G *pG = new G; // 為G實(shí)例分配堆空間 pG->v = v1; // pG的v中的i為10 pG->v.i += v2.i; // pG的v中的i為10+11=21 Console::WriteLine(v1.i); // 輸出結(jié)果為10 Console::WriteLine(v2.i); // 輸出結(jié)果為11 Console::WriteLine(pG->v.i); // 輸出結(jié)果為21 return 0; }

　　除此之外，所有的__gc對(duì)象都是從類System::Object派生而來(lái)，因而能夠很容易使用作用在__gc類中的集合和映射功能。然而__value類型并沒(méi)有與這個(gè)基類所共享，因而不能直接將__value作為函數(shù)中的Object*實(shí)參。為了解決這個(gè)問(wèn)題，.NET允許我們使用__box關(guān)鍵字將一個(gè)__value類型視為一個(gè)__gc對(duì)象。此時(shí)__value類型被封裝成一個(gè)__gc類樁子(Stub)，并被復(fù)制到NDP堆中。由于在托管C++中，box不具備隱式轉(zhuǎn)換的功能，因此在轉(zhuǎn)換時(shí)必須指明轉(zhuǎn)換的類型。

　　托管C++中的__gc接口最能體現(xiàn)COM接口的思想，它的定義和聲明是非常簡(jiǎn)單的，它除了關(guān)鍵字不同外，與一個(gè)__gc類的聲明極為相似。例如下面的代碼定義了一個(gè)接口IMyBase，其中包含了一個(gè)f的方法：

__gc __interface Ibase { void f(); };

　　需要說(shuō)明的是，接口中所有的方法默認(rèn)時(shí)都是純虛的且都是公有的，我們不需要在方法之前使用virtual關(guān)鍵字或在方法之后加上“= 0”。其次，在一個(gè)__gc接口中不能包含數(shù)據(jù)成員以及靜態(tài)成員，也不能包含任何類的聲明。下面舉一個(gè)示例來(lái)說(shuō)明__gc接口的使用：

#using  using namespace System; __gc __interface Ibase1 { int f(int); }; __gc __interface Ibase2 { int f(int); }; __gc struct C: Ibase1, Ibase2 { int f(int i) { // 接口方法的實(shí)現(xiàn) return 2*i-1; }; }; int main(void){ C* c = new C; Console::WriteLine((c -> f(1)).ToString()); // 輸出結(jié)果為1 Console::WriteLine((__try_cast (c)->f(2)).ToString());  // 輸出結(jié)果為3 Console::WriteLine((__try_cast (c)->f(3)).ToString()); // 輸出結(jié)果為5 return 0; }

　　代碼中，__try_cast用來(lái)將某個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)換成一個(gè)指定類型，并當(dāng)類型轉(zhuǎn)換失敗時(shí)自動(dòng)處理由此產(chǎn)生的異常。ToString用來(lái)將對(duì)象描述成一個(gè)字符串。
(4) 簡(jiǎn)化屬性操作

　　在__gc類中可以使用.NET的屬性，這個(gè)屬性簡(jiǎn)化了屬性函數(shù)的調(diào)用操作，這與標(biāo)準(zhǔn)C++中的屬性不一樣。在標(biāo)準(zhǔn)C++中分別通過(guò)get_和put_成員函數(shù)來(lái)設(shè)置或獲取相關(guān)屬性的值。現(xiàn)在，托管C++中的屬性操作就好比是對(duì)一個(gè)屬性變量進(jìn)行操作，例如下列代碼：

#using  using namespace System; __gc class G { public: __property int get_Size() { Console::WriteLine(S"get_屬性"); return nSize; }; __property void set_Size(int i) {  Console::WriteLine(S"set_屬性"); nSize = i; }; private: int nSize; }; int main() { G * pG = new G; pG->Size = 10; // 調(diào)用set_Size int i = pG->Size; // 調(diào)用get_Size Console::WriteLine(i); }

　　程序結(jié)果為：

　　　set_屬性

　　　get_屬性

　　　10

　　需要說(shuō)明的是，托管C++使用__property關(guān)鍵字來(lái)定義一個(gè)屬性的成員函數(shù)。從代碼中可以看出設(shè)置和獲取屬性的成員函數(shù)名稱中分別使用了set_和get_，這樣編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)偽成員變量Size，這個(gè)變量名是set_和get_成員函數(shù)后面的名稱。注意不要再在get_成員函數(shù)代碼中使用這個(gè)偽成員變量Size，它會(huì)引起該函數(shù)的遞歸調(diào)用。

　　(5) 托管C++的委派

　　在C/C++中，一個(gè)函數(shù)的地址就是內(nèi)存地址。這個(gè)地址不會(huì)帶有任何其它附加信息，如函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)、參數(shù)類型、函數(shù)的返回值類型以及這個(gè)函數(shù)的調(diào)用規(guī)范等。總之，C/C++的回調(diào)函數(shù)不具備類型安全性。而.NET框架在回調(diào)函數(shù)的基礎(chǔ)增加了提供類型安全的機(jī)制，稱為委派。

　　托管C++的委派方法不像C#那么復(fù)雜，它簡(jiǎn)化了委派絕大部分的內(nèi)部機(jī)制，因而使得它的使用變成非常簡(jiǎn)單容易。例如下面的代碼：

#using  using namespace System; __delegate int GetDayOfWeek(); // 委派方法的聲明 __gc class MyCalendar { public: MyCalendar() : m_nDayOfWeek(4) {} int MyGetDayOfWeek() { Console::WriteLine("非靜態(tài)方法");  return m_nDayOfWeek;  } static int MyStaticGetDayOfWeek() {  Console::WriteLine("靜態(tài)方法");  return 6;  } private: int m_nDayOfWeek; }; int main(void) { GetDayOfWeek * pGetDayOfWeek; // 聲明委派類型變量 int nDayOfWeek; // 將類的靜態(tài)方法MyStaticGetDayOfWeek綁定成委派 pGetDayOfWeek = new GetDayOfWeek(0, &MyCalendar::MyStaticGetDayOfWeek); nDayOfWeek = pGetDayOfWeek->Invoke(); // 委派的調(diào)用 Console::WriteLine(nDayOfWeek); // 將一個(gè)類的實(shí)例綁定成委派 MyCalendar * pcal = new MyCalendar(); pGetDayOfWeek =  static_cast(Delegate::Combine(pGetDayOfWeek, new GetDayOfWeek(pcal, &MyCalendar::MyGetDayOfWeek))); nDayOfWeek = pGetDayOfWeek->Invoke(); Console::WriteLine(nDayOfWeek); // 刪除綁定委派的類實(shí)例 pGetDayOfWeek =  static_cast(Delegate::Remove(pGetDayOfWeek, new GetDayOfWeek(pcal, &MyCalendar::MyGetDayOfWeek))); return 0; }

　　輸出結(jié)果是：

　　　靜態(tài)方法
　　
　　　6

　　　靜態(tài)方法

　　　非靜態(tài)方法

　　　4

　　4、結(jié)速語(yǔ)

　　總之，使用托管C++是C++程序員編寫(xiě).NET框架應(yīng)用程序最好的一種選擇，在充分理解.NET框架基礎(chǔ)上，避免了使用其他語(yǔ)言如C#、VB.NET所帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)。