Вступ до екосистеми .NET

Навіщо нам .NET? Проблема з реального світу

Уявіть, що ви розробник у 2000-му році. Ви хочете створити застосунок, який працюватиме на Windows, виконуватиме складні бізнес-операції, взаємодіятиме з базами даних і забезпечуватиме безпеку даних користувачів. У вас є кілька варіантів:

• C/C++: Надзвичайно швидкий, але складний. Управління пам'яттю вручну — це джерело помилок.
• Visual Basic: Простий, але обмежений у можливостях.
• Java: Кросплатформенний, але не інтегрований з Windows ecosystemою.

Microsoft створила .NET Framework як відповідь на цей виклик. Сьогодні .NET — це потужна, кросплатформенна екосистема для створення будь-яких типів застосунків.

Еволюція .NET: Від Windows-Only до Cross-Platform Giant

Історична хронологія

timeline
title Еволюція .NET платформи
2002 : .NET Framework 1.0
: Windows-only
: Web Forms
2010 : .NET Framework 4.0
: WPF, WCF, LINQ
: Mono (community)
2016 : .NET Core 1.0
: Cross-platform
: Open Source
2020 : .NET 5
: Unified platform
: Single .NET
2025 : .NET 10
: Performance boost
: Native AOT

Три покоління .NET

Що таке .NET? Фундаментальні концепції

Академічне визначення

.NET (дотнет) — це безкоштовна, кросплатформенна, відкрита (open-source) платформа розробки від Microsoft для створення різноманітних типів застосунків: веб-додатків, мобільних аплікацій, desktop-програм, хмарних сервісів, ігор, IoT-рішень та систем машинного навчання.

Ключові компоненти екосистеми

Аналогія з реального світу

Уявіть .NET як універсальну кухню з професійним обладнанням:

• CLR (Runtime) — це кухонна плита та духовка: ви готуєте свою страву (код), а вони забезпечують необхідне тепло (виконання) та контролюють процес.
• BCL (Base Class Library) — це набір інструментів та інгредієнтів: ножі, каструлі, сіль, спеції — усе, що потрібно для базового приготування.
• C#, F# (Languages) — це рецепти різних кухонь: італійська паста (C#), французька випічка (F#) — різні підходи, але всі використовують одну кухню.
• .NET SDK — це кухар-інструктор: допомагає правильно організувати процес та дає поради.

CLR: Серце платформи

Архітектура Common Language Runtime

graph TD

    %% Компоненти компіляції
    A["C# Source Code"] --> B["[C# Compiler (Roslyn)](https://github.com/dotnet/roslyn)"]
    B --> C["IL (Intermediate Language)"]
    C --> D["CLR (Common Language Runtime)"]

    %% Компоненти CLR
    D --> E["JIT Compiler"]
    D --> F["Garbage Collector"]
    D --> G["Type Safety Verification"]
    D --> H["Exception Handler"]
    D --> I["Security Manager"]

    E --> J["Native Machine Code"]
    J --> K["CPU Execution"]

    style A fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style B fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style C fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style D fill:#f59e0b,stroke:#b45309,color:#ffffff
    style E fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style F fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style G fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style H fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style I fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style J fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style K fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff

Що робить CLR?

IL та JIT: Магія компіляції

Compilation Pipeline: Від C# до Machine Code

using System;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello, .NET!");
    }
}

.method public static void Main() cil managed
{
    .entrypoint
    .maxstack 8

    // Load string onto stack
    ldstr "Hello, .NET!"

    // Call Console.WriteLine
    call void [System.Console]System.Console::WriteLine(string)

    // Return from method
    ret
}

; Simplified representation
mov     rcx, offset string_literal
call    System.Console.WriteLine
ret

Процес компіляції: Два етапи

sequenceDiagram
participant Dev as Розробник
participant Compiler as CSharp Compiler
participant IL as IL Assembly
participant CLR as CLR Runtime
participant JIT as JIT Compiler
participant CPU as Processor

Dev->>Compiler: Пише CSharp код
Compiler->>IL: Компілює в IL (.dll/.exe)
Note over IL: Portable, platform-agnostic

Dev->>CLR: Запускає програму
CLR->>IL: Завантажує assembly
CLR->>JIT: Виклик методу вперше
JIT->>CPU: Компілює IL → Native Code
Note over CPU: Код виконується

CLR->>CPU: Повторний виклик методу
Note over CPU: Використовує закешований native code (без JIT)

Tiered Compilation: Розумна оптимізація

Modern .NET використовує багаторівневу компіляцію (Tiered Compilation):

RyuJIT: Оптимізація під капотом

RyuJIT — це назва сучасного JIT-компілятора в .NET. Він виконує численні оптимізації:

1. Method Inlining (Вбудовування методів)

Замість виклику маленького методу, JIT вставляє його код безпосередньо у місце виклику, усуваючи overhead виклику функції.

public int Add(int a, int b) => a + b;

public void Calculate()
{
    int result = Add(5, 10); // Method call overhead}

public void Calculate()
{
    int result = 5 + 10; // No method call, direct calculation}

2. Loop Unrolling (Розгортання циклів)

JIT може розгорнути малі цикли для зменшення кількості перевірок умов і збільшення інструкцій, які CPU може виконати паралельно.

int sum = 0;
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
    sum += array[i];
}

int sum = 0;
sum += array[0];
sum += array[1];
sum += array[2];
sum += array[3];
// Fewer branch predictions, better CPU pipelining

3. SIMD Vectorization (Векторизація)

RyuJIT автоматично використовує SIMD (Single Instruction, Multiple Data) інструкції процесора для обробки декількох значень одночасно.

// System.Numerics.Vectors example
using System.Numerics;

Span<float> values = stackalloc float[8] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };
Span<float> results = stackalloc float[8];

var vector1 = new Vector<float>(values);
var vector2 = new Vector<float>(2.0f); // All elements = 2.0

var resultVector = vector1 * vector2; // Multiplies 8 floats in ONE CPU instructionresultVector.CopyTo(results);

// Results: [2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16]

CTS та CLS: Універсальна мова типів

Common Type System (CTS)

CTS — це специфікація, яка визначає, як типи даних описуються та використовуються в .NET. Вона забезпечує сумісність між мовами.

graph LR

    A["CTS Type System"] --> B["Value Types"]
    A --> C["Reference Types"]
    B --> D["Structures"]
    B --> E["Enumerations"]
    B --> F["Built-in types"]
    C --> G["Classes"]
    C --> H["Interfaces"]
    C --> I["Delegates"]
    C --> J["Arrays"]

    style A fill:#f59e0b,stroke:#b45309,color:#ffffff
    style B fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style C fill:#3b82f6,stroke:#1d4ed8,color:#ffffff
    style D fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style E fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style F fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style G fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style H fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style I fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff
    style J fill:#64748b,stroke:#334155,color:#ffffff

Приклад міжмовної сумісності

// MyLibrary.dll
namespace MathLib
{
    public class Calculator
    {
        public int Add(int a, int b) => a + b;
    }
}

// F# can use C# library seamlessly
open MathLib

let calc = Calculator()
let result = calc.Add(10, 20) // Returns 30
printfn "Result: %d" result

Common Language Specification (CLS)

CLS — це підмножина CTS, яка визначає мінімальний набір функцій, які повинен підтримувати будь-який .NET-сумісний компілятор.

Наприклад:

• ❌ public UInt32 GetId() — UInt32 не CLS-compliant
• ✅ public int GetId() — int (Int32) CLS-compliant

Налаштування середовища розробки

Вибір IDE: Порівняння інструментів

Встановлення .NET SDK

winget install Microsoft.DotNet.SDK.10

choco install dotnet-sdk -y

scoop install dotnet-sdk

brew install --cask dotnet-sdk

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y dotnet-sdk-10.0

dotnet --version

10.0.100

.NET CLI: Mastering Command Line Interface

Основні команди: Швидкий довідник

Workflow: Створення першого застосунку

dotnet new console -n HelloDotNet
cd HelloDotNet

// Top-level statements (C# 9+)
Console.WriteLine("Hello, World!");

dotnet run

Hello, World!

dotnet watch run

Console.WriteLine("Hello, .NET! 🚀");

dotnet publish -c Release -r win-x64 --self-contained

.NET 10: Сучасні можливості

Modern .NET еволюціонує з неймовірною швидкістю. Ось найважливіші інновації останніх версій:

.NET 10 (LTS - Листопад 2025)

Порівняння останніх версій

IL Analysis & Protection: Reflectors та Obfuscators

Що таке Reflectors (Дизасемблери)?

Reflector (Decompiler) — це інструмент, який перетворює скомпільований .NET код (IL) назад у читабельний C#/F# код. Оскільки IL містить багато метаданих (назви класів, методів, змінних), декомпіляція є дуже точною.

Популярні Reflectors

Приклад: Decompiling з ILSpy

namespace MyApp;

public class Calculator
{
    private const string SecretKey = "MyPassword123"; 
    public int Multiply(int a, int b)
    {
        return a * b;
    }
}

dotnet build -c Release

Obfuscators (Обфускатори): Захист коду

Obfuscator — це інструмент, який перетворює IL-код, роблячи його важким для читання та аналізу, але зберігаючи функціональність.

Методи обфускації

Популярні Obfuscators

Приклад обфускації

public class Calculator
{
    public int Multiply(int a, int b)
    {
        return a * b;
    }
}

public class A
{
    public int a(int b, int c)
    {
        int d = b;
        int e = c;
        return d * e;
    }
}

Коли використовувати Reflectors та Obfuscators?

Перевірка знань

Закріпіть отримані знання, пройшовши короткий тест:

Резюме та Практичні завдання

Що ми дізналися

Практичні завдання