Введение в архитектуру Microsoft .NET Framework

Общая система типов

Абстрагировавшись от конкретных особенностей .NET, можно сказать, что основная цель системы типов заключается в предотвращении определенного класса ошибок в программе до ее выполнения.

Давайте кратко приведем классификацию ошибок и разберемся, с какими ошибками помогает справиться система типов. При этом мы не будем рассматривать ошибки в алгоритмах, а ограничимся ошибками, возникающими в результате неправильного кодирования алгоритмов.

Все ошибки можно разделить на две категории: перехватываемые и неперехватываемые (рис. 1.4). При возникновении перехватываемой ошибки (trapped error) выполнение программы немедленно прекращается, а неперехватываемая ошибка (untrapped error) остается незамеченной и может проявиться через некоторое время в абсолютно неожиданном месте.

Рис. 1.4. Классификация ошибок в программах

В качестве примеров перехватываемых ошибок можно привести деление на ноль и обращение к памяти по нулевому указателю. А неперехватываемые ошибки возникают, например, при передаче управления на неправильный адрес или при выходе за границы массива (если отсутствует динамическая проверка размера массива).

Фрагмент программы, в котором не могут возникнуть неперехватываемые ошибки, называется безопасным (safe). Языки программирования, которые обеспечивают безопасность написанных на них программ, также называются безопасными (safe languages). Безопасность - одно из важнейших свойств языка. Она уменьшает время отладки благодаря отсутствию в программах неперехватываемых ошибок. Кроме того, она гарантирует целостность данных, что позволяет использовать автоматическое управление памятью (в частности, сборку мусора).

Для любого языка программирования можно определить класс ошибок, называемых запрещенными (forbidden errors). В этот класс следует включить все неперехватываемые ошибки, а также некоторое подмножество перехватываемых ошибок. Говорят, что фрагмент программы имеет хорошее поведение (well behaved), если в нем не могут возникать запрещенные ошибки. Языки программирования, которые гарантируют хорошее поведение всех написанных на них программ, называются языками со строгой проверкой (strongly checked).

Таким образом, для программы, написанной на языке со строгой проверкой, справедливы следующие утверждения:

• неперехватываемые ошибки не могут возникнуть;
• запрещенные перехватываемые ошибки также невозможны;
• другие перехватываемые ошибки могут возникать, и борьба с ними остается в компетенции программиста.

Существуют два пути для диагностики запрещенных ошибок: статическая проверка программы до ее выполнения (static checking) и динамическая проверка во время выполнения (dynamic checking). Статическая проверка характерна для языков, имеющих систему типов, а динамическая проверка - для так называемых бестиповых (typeless) языков, в которых либо вообще нет системы типов, либо существует только один универсальный тип данных. Динамическая проверка требует дополнительных ресурсов, поэтому статическая проверка является предпочтительной, так как чем больше ошибок диагностируется статически, тем выше эффективность программы.

Система типов в языке программирования разрабатывается для того чтобы можно было осуществлять статическую проверку программы. Она представляет собой набор правил, определяющих условия, при которых конструкции языка не вызывают запрещенных ошибок.

Так как платформа .NET спроектирована с учетом поддержки разных языков программирования, то ее общая система типов (Common Type System - CTS) является объединением систем типов основных распространенных в настоящее время языков. Из этого следует, что все языки платформы .NET (объектно-ориентированные, процедурные, функциональные) совместно используют единую систему типов, и это обеспечивает взаимодействие программных компонентов, написанных на разных языках.

Наличие в .NET общей системы типов позволяет осуществлять статическую проверку программы не только на уровне компилятора, но и на уровне системы выполнения. Другими словами, система может проводить верификацию двоичных исполняемых файлов непосредственно перед их запуском. Это гарантирует безопасность кода, выполняемого в среде .NET и тем самым обеспечивает возможность автоматического управления памятью (сборку мусора).