2000年6月，Microsoft推出了“Microsoft.NET下一代互聯(lián)網(wǎng)軟件和服務戰(zhàn)略”，引起IT行業(yè)的廣泛關注。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)行官鮑爾默來到中國就“下一代互聯(lián)網(wǎng)”的主題進行演講，在中國掀起了一股“.NET旋風”。2000年11月，Microsoft在Comdex計算機大展上發(fā)布了Visual Studio.NET軟件，并展示了其.NET發(fā)展戰(zhàn)略的框架體系和開發(fā)工具的相關特性，全面加速了Microsoft以.NET技術進軍市場的步伐。
Microsoft的.NET戰(zhàn)略意味著：Microsoft以及在Microsoft平臺上的開發(fā)者將會制造服務，而不是制造軟件。在未來幾年之內，Microsoft將陸續(xù)發(fā)布有關.NET的平臺和工具，用于在因特網(wǎng)上開發(fā)Web服務。那時，工作在.NET上的用戶、開發(fā)人員和IT工作人員都不再購買軟件、安裝軟件和維護軟件。取而代之的是，他們將定制服務，軟件會自動安裝，所有的維護和升級也會通過互聯(lián)網(wǎng)進行。“Microsoft.NET 代表了一個集合、一個環(huán)境、一個可以作為平臺支持下一代Internet的可編程結構。”這就是鮑爾默對.NET的描述。
作為.NET的最新特性組成部分，Microsoft .NET Framework是一個用于構建，部署和運行Web服務及應用程序的平臺。它為將現(xiàn)有投資與下一代應用程序和服務的集成提供了高產(chǎn)的，基于標準的，多語言環(huán)境，同時它還用于解決Internet級應用程序的部署和操作問題。.NET框架包含三個主要部分：通用語言運行時，一組層次化的統(tǒng)一的類庫，及組件化版本的動態(tài)服務器主頁(稱為ASP.NET)。
用于開發(fā).NET Framework的語言有Visual C#、VB.NET和C++托管擴展(Managed Extensions for C++)。其中C#是開發(fā).NET的元語言，而C++托管擴展是在C++基礎上建立起來的，用來為Visual C++程序員開發(fā).NET框架應用程序而設計。為敘述方便，我們將C++托管擴展就稱之為“托管C++”。
為了幫助C/C++以及Visual C++程序員或愛好者快速使用托管C++開發(fā).NET Framework程序，我們將陸續(xù)推出相關的一系列文章。
本篇“托管C++概述”主要講述了什么是托管C++、開發(fā).NET Framework(框架)的項目類型以及與標準C++之間的區(qū)別。
1、什么是托管C++？ 在回答這個問題，首先要搞清楚什么是“托管”(Managed)。托管是.NET的一個專門概念，它是融于通用語言運行時(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“通用語言運行時”？通用語言運行時是.NET 框架應用程序的執(zhí)行引摯。它提供了許多服務，其中包括：代碼管理(裝入和執(zhí)行)、類型安全性驗證、元數(shù)據(jù)(高級類型信息)訪問、為管理對象管理內存、管理代碼，COM對象和預生成的DLLs(非管理代碼和數(shù)據(jù))的交互操作性、對開發(fā)人員服務的支持等等。
也就是說，使用托管C++意味著，我們的代碼可以被CLR所管理，并能開發(fā)出具有最新特性如垃圾自動收集、程序間相互訪問等的.NET框架應用程序。
由托管概念所引發(fā)的C++應用程序包括托管代碼、托管數(shù)據(jù)和托管類三個組成部分。
(1)
托管代碼：.Net環(huán)境提供了許多核心的運行(RUNTIME)服務，比如異常處理和安全策略。為了能使用這些服務，必須要給運行環(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默認時都是托管的，但Visual C++默認時不是托管的，必須在編譯器中使用命令行選項(/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的是托管數(shù)據(jù)。托管數(shù)據(jù)是由公共語言運行的垃圾回收器進行分配和釋放的數(shù)據(jù)。默認情況下，C#、Visual Basic 和 JScript.NET 數(shù)據(jù)是托管數(shù)據(jù)。不過，通過使用特殊的關鍵字，C# 數(shù)據(jù)可以被標記為非托管數(shù)據(jù)。Visual C++數(shù)據(jù)在默認情況下是非托管數(shù)據(jù)，即使在使用 /CLR 開關時也不是托管的。
(3)
托管類：盡管Visual C++數(shù)據(jù)在默認情況下是非托管數(shù)據(jù)，但是在使用C++的托管擴展時，可以使用“__gc”關鍵字將類標記為托管類。就像該名稱所顯示的那樣，它表示類實例的內存由垃圾回收器管理。另外，一個托管類也完全可以成為 .NET 框架的成員，由此可以帶來的好處是，它可以與其他語言編寫的類正確地進行相互操作，如托管的C++類可以從Visual Basic類繼承等。但同時也有一些限制，如托管類只能從一個基類繼承等。需要說明的是，在托管C++應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準C++類，而是使用托管C++語言中的__nogc關鍵字的類。
2、用托管C++可以開發(fā).NET框架的項目類型
使用托管C++應該是C++程序員編寫.NET框架應用程序最好的一種選擇，通過集成在Visual Studio.NET開發(fā)環(huán)境的托管C++向導，我們可以創(chuàng)建以下幾種開發(fā).NET框架的項目類型：
(1) 托管C++應用程序:用來創(chuàng)建一個支持托管擴展的單獨C++應用程序，使用它還可創(chuàng)建任何類型的應用程序，包括.NET框架客戶應用程序。
(2) 托管C++類庫:用來創(chuàng)建一個支持托管擴展的C++DLL，使用它可以生成一個能被.NET框架應用程序調用的托管類型的組件。
(3) 托管C++空項目：用來創(chuàng)建一個空的托管項目，該項目只含有支持托管擴展的正確編譯和鏈接的開關選項。使用它能將一個已有的C++源文件進入到一個托管環(huán)境中。
(4) 托管C++ Web服務：用于創(chuàng)建兩個項目，一個是C++托管擴展項目，另一個是部署項目。
3、托管C++與標準C++的主要區(qū)別 盡管托管C++是從標準C++建立而來的，但它與標準C++有著本質上的區(qū)別，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
(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功能的邏輯類別進行分組，利用名稱空間可以使開發(fā)人員更容易在代碼中瀏覽和引用類型。當然，我們也可將名稱空間理解成是一個“類庫名”。
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關鍵字。例如下面的簡單程序代碼是在控制臺上輸出“Hello World”：
#using
using namespace System;
int main(void)
{
Console::WriteLine(S"Hello World");
return 0;
} |
代碼中，#using是用來將一個元數(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)和結構的MSIL (Microsoft intermediate language，微軟中間語言)文件，如DLL、EXE、OBJ文件等。mscorlib.dll是.NET框架的一個核心類庫，包含主要的名稱空間System。程序的第二行代碼“using namespace System;”用來使用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。
在對托管C++程序開發(fā)的不斷深入，我們不久就會發(fā)現(xiàn)，許多類型的引用都要在程序的前面使用#using和using來進行。
(2) 基本數(shù)據(jù)類型的變化 我們知道，標準C++語言的數(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，不僅包含了標準C++中的數(shù)據(jù)類型，而且新增了__int64(64位整型)、Decimal(96位十進制數(shù))、String*(字符串類型)和Object*(對象類型)等類型，表1-1列出它們各自數(shù)據(jù)類型。
| 類型描述 | 標準C++類型名 | 托管C++類型名 | 長度(位) |
| 布爾型 | bool | bool | 8 |
| 字符型 | char | signed char | 8 |
| 無符號字符型 | unsigned char | char | 8 |
| 短整型 | short [int] | short | 16 |
| 無符號短整型 | unsigned short [int] | unsigned short | 16 |
| 整型 | int | int 或 long | 32 |
| 無符號整型 | unsigned [int] | unsigned int 或 long | 32 |
| 長整型 | long [int] | long | 32 |
| 無符號長整型 | unsigned long [int] | unsigned long | 32 |
| 單精度浮點型 | float | float | 32 |
| 雙精度浮點型 | double | double | 64 |
| 長雙精度浮點型 | long double | -- | 64 |
| Unicode字符 | -- | wchar_t | 16 |
| 64位整型 | -- | __int64 | 64 |
| 無符號64位整型 | -- | unsigned __int64 | 64 |
| 96位十進制值 | -- | Decimal | 96 |
| 對象類型 | -- | Object* | 32 |
| 字符串類型 | -- | String* | -- |
需要注意的是，String和Object在定義一個變量時，注意要有星號(“*”)，但這個變量不是指針變量，這與標準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) 新增三個托管C++類型：__gc class、__value class和__gc interface 一個__gc類或結構意味著該類或結構的生命周期是由.NET開發(fā)平臺自動管理及垃圾自動收集，用戶不必自已去調用delete來刪除。定義一個__gc類或結構和標準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)); // 結果輸出10
return 0;
} |
但要注意： A. 一個__gc類不能從一個非托管類中繼承，且不能包含從它派生的非托管類。但一個__gc類最多可以從一個托管類中繼承。
B. 一個__gc類不能定義成一個友元類或包含一個友元成員函數(shù)。所謂友元函數(shù)，是用來讓外部函數(shù)訪問類中的私有和保護類型成員。
C. 一個__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類是用來使用具有短生命期的小型數(shù)據(jù)項，它不同于__gc類。__gc類數(shù)據(jù)分配在CLR堆中，而__value類對象是在運行棧或稱為NDP(.NET Developer Platform，.NET開發(fā)者平臺)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的開銷。一個__value類可以聲明成為一個局部變量、參數(shù)和返回值，也可嵌入到一個__gc類中或是作為一個靜態(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) { // 定義一個全局函數(shù)，其值存儲在運行棧中
v.i += 1; // 不影響原來形參v的值
return v; // 返回V結構類型的值
}
int main(void)
{
V v1 = {10}; // 在運行棧中聲明并初始化
V v2 = f(v1); // 調用f函數(shù)，此時v1中的i為10，而v2中的i為11
G *pG = new G; // 為G實例分配堆空間
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); // 輸出結果為10
Console::WriteLine(v2.i); // 輸出結果為11
Console::WriteLine(pG->v.i); // 輸出結果為21
return 0;
} |
除此之外，所有的__gc對象都是從類System::Object派生而來，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類型并沒有與這個基類所共享，因而不能直接將__value作為函數(shù)中的Object*實參。為了解決這個問題，.NET允許我們使用__box關鍵字將一個__value類型視為一個__gc對象。此時__value類型被封裝成一個__gc類樁子(Stub)，并被復制到NDP堆中。由于在托管C++中，box不具備隱式轉換的功能，因此在轉換時必須指明轉換的類型。
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單的，它除了關鍵字不同外，與一個__gc類的聲明極為相似。例如下面的代碼定義了一個接口IMyBase，其中包含了一個f的方法：
__gc __interface Ibase {
void f();
}; |
需要說明的是，接口中所有的方法默認時都是純虛的且都是公有的，我們不需要在方法之前使用virtual關鍵字或在方法之后加上“= 0”。其次，在一個__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。下面舉一個示例來說明__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) { // 接口方法的實現(xiàn)
return 2*i-1;
};
};
int main(void){
C* c = new C;
Console::WriteLine((c -> f(1)).ToString()); // 輸出結果為1
Console::WriteLine((__try_cast (c)->f(2)).ToString());
// 輸出結果為3
Console::WriteLine((__try_cast (c)->f(3)).ToString());
// 輸出結果為5
return 0;
} |
代碼中，__try_cast用來將某個對象轉換成一個指定類型，并當類型轉換失敗時自動處理由此產(chǎn)生的異常。ToString用來將對象描述成一個字符串。
(4) 簡化屬性操作
在__gc類中可以使用.NET的屬性，這個屬性簡化了屬性函數(shù)的調用操作，這與標準C++中的屬性不一樣。在標準C++中分別通過get_和put_成員函數(shù)來設置或獲取相關屬性的值。現(xiàn)在，托管C++中的屬性操作就好比是對一個屬性變量進行操作，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; // 調用set_Size
int i = pG->Size; // 調用get_Size
Console::WriteLine(i);
} |
程序結果為：
set_屬性
get_屬性
10
需要說明的是，托管C++使用__property關鍵字來定義一個屬性的成員函數(shù)。從代碼中可以看出設置和獲取屬性的成員函數(shù)名稱中分別使用了set_和get_，這樣編譯器會自動生成一個偽成員變量Size，這個變量名是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)代碼中使用這個偽成員變量Size，它會引起該函數(shù)的遞歸調用。
(5) 托管C++的委派 在C/C++中，一個函數(shù)的地址就是內存地址。這個地址不會帶有任何其它附加信息，如函數(shù)的參數(shù)個數(shù)、參數(shù)類型、函數(shù)的返回值類型以及這個函數(shù)的調用規(guī)范等。總之，C/C++的回調函數(shù)不具備類型安全性。而.NET框架在回調函數(shù)的基礎增加了提供類型安全的機制，稱為委派。
托管C++的委派方法不像C#那么復雜，它簡化了委派絕大部分的內部機制，因而使得它的使用變成非常簡單容易。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(); // 委派的調用
Console::WriteLine(nDayOfWeek);
// 將一個類的實例綁定成委派
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例
pGetDayOfWeek =
static_cast(Delegate::Remove(pGetDayOfWeek,
new GetDayOfWeek(pcal, &MyCalendar::MyGetDayOfWeek)));
return 0;
} |
輸出結果是：
靜態(tài)方法
6
靜態(tài)方法
非靜態(tài)方法
4
4、結速語 總之，使用托管C++是C++程序員編寫.NET框架應用程序最好的一種選擇，在充分理解.NET框架基礎上，避免了使用其他語言如C#、VB.NET所帶來的額外開銷。