2000年6月，Microsoft推出了“Microsoft.NET下一代互聯網軟件和服務戰略”，引起IT行業的廣泛關注。2000年9月，Microsoft在舊金山發布了Enterprise 2000。同月，Microsoft原總裁兼首席執行官鮑爾默來到中國就“下一代互聯網”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計算機大展上發布了Visual Studio.NET軟件，并展示了其.NET發展戰略的框架體系和開發工具的相關特性，全面加速了Microsoft以.NET技術進軍市場的步伐。

　　Microsoft的.NET戰略意味著：Microsoft以及在Microsoft平臺上的開發者將會制造服務，而不是制造軟件。在未來幾年之內，Microsoft將陸續發布有關.NET的平臺和工具，用于在因特網上開發Web服務。那時，工作在.NET上的用戶、開發人員和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網進行。“Microsoft.NET 代表了一個集合、一個環境、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。它為將現有投資與下一代應用程序和服務的集成提供了高產的，基于標準的，多語言環境，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，一組層次化的統一的類庫，及組件化版本的動態服務器主頁(稱為ASP.NET)。

　　用于開發.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.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.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.NET Framework程序，我們將陸續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.NET Framework(框架)的項目類型以及與標準C++之間的區別。

　　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 框架應用程序的執行引摯。它提供了許多服務，其中包括：代碼管理(裝入和執行)、類型安全性驗證、元數據(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(非管理代碼和數據)的交互操作性、對開發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。

　　由托管概念所引發的C++應用程序包括托管代碼、托管數據和托管類三個組成部分。　　

　　(1) 托管代碼：.Net環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，必須要給運行環境提供一些信息代碼(元數據)，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)才能產生托管代碼。

　　(2) 托管數據：與托管代碼密切相關的是托管數據。托管數據是由公共語言運行的垃圾回收器進行分配和釋放的數據。默認情況下，C#、Visual Basic 和 JScript.NET 數據是托管數據。不過，通過使用特殊的關鍵字，C# 數據可以被標記為非托管數據。Visual C++數據在默認情況下是非托管數據，即使在使用 /CLR 開關時也不是托管的。

　　(3) 托管類：盡管Visual C++數據在默認情況下是非托管數據，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.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開發環境的托管C++向導，我們可以創建以下幾種開發.NET框架的項目類型：

　　(1) 托管C++應用程序:用來創建一個支持托管擴展的單獨C++應用程序，使用它還可創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境中。

　　(4) 托管C++ Web服務：用于創建兩個項目，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++有著本質上的區別，這主要體現在以下幾個方面：

　　(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是用來將一個元數據文件輸入到托管C++程序中，這些文件可以是包含托管數據和結構的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，如用于數據流的輸入/輸出的System::IO等。

　　在對托管C++程序開發的不斷深入，我們不久就會發現，許多類型的引用都要在程序的前面使用#using和using來進行。

　　(2) 基本數據類型的變化

　　我們知道，標準C++語言的數據類型是非常豐富的。而托管C++的數據類型更加豐富，不僅包含了標準C++中的數據類型，而且新增了__int64(64位整型)、Decimal(96位十進制數)、String*(字符串類型)和Object*(對象類型)等類型，表1-1列出它們各自數據類型。

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。所謂友元函數，是用來讓外部函數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據項，它不同于__gc類。__gc類數據分配在CLR堆中，而__value類對象是在運行棧或稱為NDP(.NET Developer Platform，.NET開發者平臺)堆中創建的，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、參數和返回值，也可嵌入到一個__gc類中或是作為一個靜態變量或在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，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，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接口中不能包含數據成員以及靜態成員，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 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_成員函數來設置或獲取相關屬性的值。現在，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。從代碼中可以看出設置和獲取屬性的成員函數名稱中分別使用了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_成員函數后面的名稱。注意不要再在get_成員函數代碼中使用這個偽成員變量Size，它會引起該函數的遞歸調用。

　　(5) 托管C++的委派

　　在C/C++中，一個函數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，如函數的參數個數、參數類型、函數的返回值類型以及這個函數的調用規范等。總之，C/C++的回調函數不具備類型安全性。而.NET框架在回調函數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("非靜態方法"); return m_nDayOfWeek; } static int MyStaticGetDayOfWeek() { Console::WriteLine("靜態方法"); 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：

　　　靜態方法
　　
　　　6

　　　靜態方法

　　　非靜態方法

　　　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。