Langage de programmation C sharp

Pour les articles homonymes, voir Sharp et .cs.

C#
Apparu en	2001 (dernière révision en 2007)
Auteur	Microsoft
Paradigme	structuré, imperatif, orienté objet
Typage	statique, fort, nominatif
Dialectes	1.0, 1.5 , 2.0 (ECMA)
Implémentations	Microsoft .NET, Mono

Le C# (prononcé [siː.ʃɑːp]) est un langage de programmation orienté objet à typage fort, créé par la société Microsoft, et notamment un de ses employés, Anders Hejlsberg, le créateur du langage Delphi.

Il a été créé afin que la plate-forme Microsoft .NET soit dotée d'un langage permettant d'utiliser toutes ses capacités. Il est très proche du Java dont il reprend la syntaxe générale ainsi que les concepts (la syntaxe reste cependant relativement semblable à celles de langages tels que le C++ et le C). Un ajout notable à Java est la possibilité de surcharge des opérateurs, inspirée du C++. Toutefois, l'implémentation de la redéfinition est plus proche de celle du Pascal Objet.

Plate-forme d'exécution

• La plate-forme Microsoft .NET (possibilité de mixage avec des modules d'autres langages)
• Des implémentations libres de ce langage et de sa plate-forme d'exécution sont en cours de finalisation, comme le projet Mono maintenu par Novell, ou dotGNU maintenu par la Free Software Foundation. L'idée fondatrice de ces projets est qu'une application en C# puisse s'exécuter sans modification sur une plate-forme propriétaire comme Windows ou libre comme Linux.

Capacités du langage

Le C# est, d’une certaine manière, le langage de programmation qui reflète le mieux l’architecture Microsoft .NET qui fait fonctionner toutes les applications .NET, et en est par conséquent extrêmement dépendant. Les types natifs correspondent à ceux de .NET, les objets sont automatiquement nettoyés par un ramasse-miettes, et beaucoup de mécanismes comme les classes, interfaces, délégués, exceptions, ne sont que des moyens explicites d’exploiter les fonctionnalités de la bibliothèque .NET. Pour achever de marquer cette dépendance, le CLR (Common Language Runtime) est obligatoire pour exécuter des applications écrites en C#, comme l’est la JVM (Java Virtual Machine ou Machine virtuelle Java) pour des applications Java.

Le langage compte un certain nombre de changements par rapport au C/C++ ; On notera particulièrement les points suivants :

• La manipulation directe de pointeurs ne peut se faire qu’au sein d’un code marqué unsafe, et seuls les programmes avec les permissions appropriées peuvent exécuter des blocs de code unsafe. La plupart des manipulations de pointeurs se font via des références sécurisées, dont l’adresse ne peut être directement modifiée, et la plupart des opérations de pointeurs et d’allocations sont contrôlées contre les dépassements de mémoire. Les pointeurs ne peuvent pointer que sur des types de valeurs, les types objets, manipulés par le ramasse-miettes, ne pouvant qu’être référencées.
• Les objets ne peuvent pas être explicitement détruits. Le ramasse-miettes s’occupe de libérer la mémoire lorsqu’il n’existe plus aucune référence pointant sur un objet. Toutefois, pour les objets gérant des types non managés, il est possible d’implémenter l’interface IDisposable pour spécifier des traitements à effectuer au moment de la libération de la ressource.
• L’héritage multiple de classes est interdit, mais une classe peut implémenter un nombre illimité d’interfaces, et une interface peut hériter de plusieurs interfaces.
• Le C# est beaucoup plus typé que le C++ ; les seules conversions implicites sont celles entre les différentes gammes d’entiers et celles d’un type dérivé à un type parent. Aucune conversion implicite n’a lieu entre booléens et entiers, entre membres d’énumération et entiers, ni de pointeurs sur un type void (quoique pour ce dernier point l’utilisation de références sur le type Object permette d’obtenir le même effet), et toutes les conversions définies par l’utilisateur doivent être invoquées explicitement, contrairement aux constructeurs de copie du C++.
• La syntaxe pour la déclaration des tableaux n’est pas la même : int[] a = new int[5] remplace int a[5]. Car il s'agit d'une allocation dynamique, int[] a étant la déclaration d'une référence (nulle si non initialisée).
• Les membres d’une énumération sont rassemblés dans leur propre espace de noms.
• Le C# ne supporte pas les templates, mais cette fonctionnalité a été remplacée par les types génériques apparus avec C# 2.0.
• Les propriétés ont été introduites, et proposent une syntaxe spécifique pour l’accès aux données membres (ainsi que la facilitation de l’accès simultané par plusieurs threads).
• La réflexion totale des types est disponible.
• Les délégués, qui sont des listes de pointeurs sur fonctions, sont utilisés notamment pour la programmation événementielle.

Capacités introduites avec C# 2.0

Microsoft mit à disposition du public en octobre 2005, après une longue période de beta-tests, la version 2.0 de la bibliothèque .NET, accompagnée d’une nouvelle version de la quasi-totalité des outils associés. C# ne fait pas exception à la règle et sort donc en version 2.0, avec les ajouts suivants :

• Les classes partielles, permettant de répartir l’implémentation d’une classe sur plusieurs fichiers.
• Les types génériques, qui ne sont pas une simple copie des templates C++. Par exemple, on trouvera dans les génériques C# la restriction de types (pour spécifier les types utilisables dans une généralisation). Par contre, il est impossible d’utiliser des expressions comme paramètres pour la généralisation.
• Un nouvel itérateur qui permet l’utilisation de coroutines via le mot-clé yield, équivalent du yield que l’on trouve en Python.
• Les méthodes anonymes avec des règles de fermeture configurables.
• Les types « nullables », c'est-à-dire la possibilité de spécifier qu’un type de valeur peut être nul. Ceux-ci sont déclarés avec le caractère point d'interrogation « ? » suivant le nom du type, comme ceci : int? i = null;.
• Le nouvel opérateur double point d'interrogation « ?? » utilise deux opérandes et retourne le premier non nul. Il a été introduit pour spécifier une valeur par défaut pour les types « nullables ».

À titre de référence, les spécifications complètes des nouveautés introduites dans la version 2.0 sont disponibles dans les liens externes.

Anders Hejlsberg, le père de Delphi, s’est exprimé sur l’implémentation des génériques dans C#, Java et C++ dans cette interview (en).

La fonctionnalité des types nullables fut fixée quelques semaines seulement avant la sortie publique de la version 2.0, car il a été mis en lumière que si la valeur de la variable était bien nulle, cette variable n’était pas nulle au sens traditionnel du terme, c'est-à-dire qu’il ne s’agit pas d’une référence vide. Ainsi, la conversion d’un type primitif de valeur nulle en objet donnait une référence non nulle vers une valeur nulle. Il fallut donc, pour corriger ce problème, corriger le noyau du CLR et effectuer de nombreuses vérifications et corrections sur tous les produits de la gamme .NET 2.0 (Visual Studio 2005, SQL Server 2005, C# et VB.NET).

Capacités introduites dans C# 3.0

Le C# 3.0 fut présenté au salon PDC 2005. La version finale est disponible depuis le 19 novembre 2007 au téléchargement sur le site de Microsoft (en) . Les principales nouveautés sont les suivantes :

• L’ajout des mots-clefs select, from et where pour permettre la formation et l’exécution de requêtes SQL, XML, ou directement sur des collections. Cette fonctionnalité fait partie du programme Language Integrated Query (LINQ) (en).
• Nouvelle possibilité d’initialisation d'un objet : À la place de Client c = new Client(); c.Nom = "Dupont";, on peut utiliser Client c = new Client{ Nom = "Dupont" };
• Expressions lambda : ListeTrucs.Where( delegate(Truc x) { return x.Size > 10; } ); devient ListeTrucs.Where( x => x.Size > 10 );
• Inférence du type des variables locales : string s = "Dupont" peut être remplacé par var s = "Dupont"
• Introduction des types anonymes : var x = new { Nom = "Dupont" } peut être utilisé à la place de class __anonymous { private string _nom; public string Nom { get { return _nom; } set { _nom = value; } } } __anonymous x = new __anonymous(); x.Nom = "Dupont";
• Les arbres d'expressions (expression trees) : permettent la compilation du code sous formes d'arbres d'objets facilement analysables et manipulables.
• Méthodes étendues : permet d'ajouter des méthodes à une classe en y ajoutant un premier paramètre this.

Une présentation du C# 3.0 et de LINQ peut être trouvée sur la page du centre de développement de .NET Framework.

Le code compilé en C# 3.0 est entièrement compatible avec celui du 2.0, étant donné que les améliorations apportées ne sont que purement syntaxiques ou ne consistent qu’en des raccourcis compensés au moment de la compilation. Les nouveautés introduites dans les bibliothèques de la version 3.5 (LINQ…) ne sont cependant pas utilisable avec les versions précédentes de C#.

Cette version exige Windows XP ou une version supérieure (Vista). Elle n'est pas disponible pour Windows 2000.

Différences entre Java et le C#

Bien que le C# soit similaire à Java, il existe des différences notables, par exemple:

• Java n'a pas de surcharge d'opérateurs,
• Java n'a pas de mode unsafe permettant l'arithmétique de pointeurs,
• Java a des exceptions vérifiées, alors que les exceptions du C# ne sont pas vérifiées, comme en C++,
• Java permet la génération automatique de la documentation HTML à partir des fichiers sources à l'aide des descriptions Javadoc-syntax, tandis que le C# utilise des descriptions basées sur le XML,
• C# supporte indexers (indexeurs), delegates (délégué ou liste de pointeurs sur fonctions) et events (événements),
• C# supporte les structures en plus des classes (les structures sont des types valeur : on stocke le contenu et non l'adresse, elles peuvent contenir des méthodes),
• C# utilise une syntaxe intégrée au langage (DllImport) et portable pour appeler une bibliothèque native, tandis que Java utilise Java Native Interface.

Standardisation

Le C# a été normalisé par l'ECMA (ECMA-334) en décembre 2001 et par l'ISO/CEI (ISO/CEI 23270) en 2003.

Les modifications survenues dans la Version 2.0 ont été normalisés par l'ECMA (ECMA-334) en juin 2006 et par l'ISO/CEI (ISO/IEC 23270:2006) en septembre 2006.

Microsoft a ouvert le code source de certaines bibliothèques utilisées par le C# en octobre 2007 sous la licence Microsoft Reference License (MS-RL).

Compétition

Tous les ans, Microsoft France organise une compétition pour les étudiants programmeurs en C# : le Project Hoshimi.

Le langage

Voici un exemple d'un programme Hello world typique, écrit en C# :

using System;
 
class HelloWorld
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello World!");
    }
}

Gestion des exceptions

C# possède les instructions try et catch permettant de gérer les exceptions (comportement non attendu des instructions du programme), similaires dans la syntaxe à ceux du C++.
Exemple de code tentant de créer un fichier "document.txt" sur le serveur "Toto":

try
{
    // Tentative de création du fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto'
    File.Create(@"\\toto\document.txt");
 
}
catch
{
    // Impossible de contacter le server Toto
    MessageBox.Show("L'application n'arrive pas à créer le fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto' !", "Alerte");
}

Notez l'utilisation d'une chaîne de caractère verbatim : le caractère arobase précède le guillemet donc l'anti-slash n'est pas doublé. Ce genre de chaîne de caractères est pratique pour les chemins sous Windows.

Dans cet exemple, la fonction File.Exists retourne un booléen indiquant l'existence ou non du fichier, ou elle peut lancer une exception si une erreur s'est produite (problème de connexion par exemple).

En utilisant une boucle while (condition), on peut faire des essais répétitifs d'une action générant des exceptions. Si on connaît le code de l'erreur, on peut alors les gérer dans la partie catch.

Dans cet exemple, aucune information sur l'exception n'est obtenue : on cherche juste à savoir si le programme ne s'est pas comporté normalement, auquel cas on arrive dans le bloc catch.

Contrairement au C++ qui n'a pas de type d'exceptions, toute exception C# est héritée (ou une instance) du type System.Exception, ainsi si on cherche à savoir ce qui s'est passé, une solution simple reste d'obtenir une référence vers l'exception de la manière suivante :

try
{
    // Tentative de création du fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto'
    File.Create(@"\\toto\document.txt");
 
}
catch(Exception err)
{
    // Impossible de contacter le server Toto
    MessageBox.Show("L'application n'arrive pas à créer le fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto' ! Erreur:" + err.Message, "Alerte");
}

Ainsi, une information complète sera retournée, décrivant la nature de l'exception qui s'est produite.

En fonction des fonctions appelées, le framework .NET fournit la liste des exceptions que l'appel est susceptible de retourner en cas d'erreur. Dans le cas de la fonction 'Create' voici la liste des exceptions possibles:

• System.UnauthorizedAccessException
• System.ArgumentException
• System.ArgumentNullException
• System.IO.PathTooLongException
• System.IO.DirectoryNotFoundException
• System.IO.IOException
• System.NotSupportedException

try
{
    // Tentative de création du fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto'
    File.Create(@"\\toto\do?ument.txt");
 
}
catch(System.ArgumentException ArgumentErr)
{
    // L'argument n'est pas valable. Le nom de fichier 'do?ument.txt' n'est pas valable
    MessageBox.Show("L'argument n'est pas valable. Le nom de fichier 'do?ument.txt' n'est pas valable ! Erreur:" + ArgumentErr.Message, "Alerte");
}
catch(Exception err)
{
    // Impossible de contacter le server Toto
    MessageBox.Show("L'application n'arrive pas à créer le fichier 'document.txt' sur le serveur 'Toto' ! Erreur:" + err.Message, "Alerte");
}

De la même manière qu'en C++, l'envoi d'une exception se fait avec le mot-clef throw :

public uint Divide(uint num, uint div) //Fonction de division dans N
{
    if(div == 0) 
        throw new Exception ("Division par 0 !");
    if(num < div)
        throw new Exception ("num est strictement inférieur à div : le résultat de la division ne sera pas un entier naturel !");
    return num / div;
}
//Code ailleurs :
try
{
    Divide(12, 6); //Retourne 2, aucune exception
    Divide(10, 20); //Exception, cette division ne donne aucun résultat dans N
    Divide(10, 0); //Exception, division par zéro impossible
}
catch (Exception e)
{    
    MessageBox.Show("L'erreur suivante a été retournée :\n" + e.Message, "Alerte");
}

L'envoi d'une exception (via throw) ou la levée d'une exception (dans un bloc try/catch) met immédiatement fin au bloc en cours. Ainsi, si div est nul, le code de la fonction Divide s'arrêtera à la ligne 2. De même, dans l'exemple précédent, la troisième fonction Divide ne sera jamais exécutée à cause de la levée d'une exception lors du deuxième appel à Divide. Une exception non attrapée (« catchée ») - c'est-à-dire que l'application n'a pas encadré le code lançant l'exception par un bloc catch approprié - met fin à l'application immédiatement sous la forme d'une exception de type UnhandledException (exception non gérée en français).

Comme en Java, il est possible d'ajouter un bloc finally pour exécuter une série d'instructions, quoi qu'il se passe (exception lancée ou non). Cela est utile pour libérer des ressources quel que soit ce qui peut se passer entre la prise de ressource et la libération. Exemple typique : lecture de fichiers

FileStream fs = new FileStream(@"C:\Fichier.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite);
// arrivé ici, le fichier est ouvert
try
{
    // ... opérations de lecture / écriture pouvant lancer des exceptions ...
}
finally
{
    // fermer le fichier quoi qu'il se passe :
    fs.Close();
}

Notes & références

Liens externes

• (fr) Centre de Développement C# - Site MSDN
• (en) Page du standard ISO
• (en) Spécification de C#3.0
• (en) Spécification de C# Langue - online, hyperlinked version of C# Language Specification
• (en) Apprendre C#
• (fr) Exemple de programmation en C#
• (fr) La F.A.Q C# Les réponses aux questions sur C#
• (fr) Cours gratuit C# par Serge Tahé

Livres

• (fr) Introduction à C# - Pierre-Yves Saumont, Antoine Mirecourt - 2001 - Éditions Eyrolles - (ISBN 2-7464-0301-3)
• (fr) C# et .NET - Gérard Leblanc - 2002 - Éditions Eyrolles - (ISBN 2-212-11066-9)
• (fr) C# et .NET Version 2 - Gérard Leblanc - 2006 - Éditions Eyrolles - (ISBN 2-212-11778-7)
• (fr) C# et .NET - Gérard Leblanc - 2002 - Éditions Eyrolles - (ISBN 2-212-11066-9)
• (fr) C# Tête la première - Andrew Stellman, Jennifer Greene - 2008 - Éditions Digit Books - (ISBN 978-2-81500-001-7)
• (en) C# 2005 Programmer's Reference - Adrian Kingsley-Hughes, Kathie Kingsley-Hughes - 2006 - Édition Wrox - (ISBN 0-470-04641-4)
• (en) Professional C#, 3rd Edition - Simon Robinson, Christian Nagel, Karli Watson, Jay Glynn, Morgan Skinner, Bill Evjen - 2004 - Édition Wrox - (ISBN 0-7645-5759-9)
• (en) C# Essentials, 2nd Edition - Ben Albahari, Peter Drayton, Brad Merrill - 2002 - Édition O'Reilly Media - (ISBN 0-596-00315-3)

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