Projektowanie frameworków w .NET. Wytyczne, konwencje, idiomy i wzorce. Wydanie III - ebook

Projektant frameworka tworzy dla innych programistów. To odpowiedzialne zadanie: celem jest zapewnienie większości potrzebnych elementów, które po dostosowaniu i połączeniu mają stać się aplikacją. Dobrze zaprojektowany framework pozwala na wygodną i efektywną pracę. Jest prosty, łatwy do rozwijania i dobrze integruje się z innymi narzędziami programistycznymi, językami czy modelami aplikacji. Projektant musi więc dobrze się orientować w zasadach tworzenia interfejsów API, bibliotek i innych komponentów wielokrotnego użytku.

Ta książka jest trzecim, przejrzanym i zaktualizowanym wydaniem znakomitego wprowadzenia do programowania komponentów i ich bibliotek na platformie .NET. Położono w niej nacisk na zagadnienia projektowe bezpośrednio wiążące się z programowalnością frameworka. Przedstawione wytyczne, wypracowane przez lata rozwijania platformy .NET, wynikają z doświadczenia i wiedzy projektantów i ekspertów branżowych. Uwzględniają też innowacje w zakresie projektowania interfejsów API oraz programowania asynchronicznego i uproszczonego dostępu do pamięci. Poszczególne wytyczne zostały uporządkowane, wyjaśnione i bogato skomentowane. Dzięki temu można w pełni wykorzystać najlepsze wzorce języka C# 8, a także platform .NET Framework 4.8 i .NET Core.

W książce:

• Najważniejsze zasady projektowania nowoczesnych frameworków
• Typowe dla frameworków wzorce projektowe
• Wytyczne w zakresie nazw, typów, rozszerzalności i wyjątków
• Projektowanie skalowalnych bibliotek działających w chmurze
• Nowe techniki programowania asynchronicznego z wykorzystaniem typów Task i ValueTask
• Dostęp do pamięci za pomocą typów Memory i Span

Najlepsze wzorce tworzenia frameworków i bibliotek: poznaj i stosuj!

Spis rysunków 13

Spis tabel 15

Przedmowa 17

Przedmowa do wydania drugiego 19

Przedmowa do wydania pierwszego 21

Wstęp 23

Podziękowania 27

O autorach 29

O komentatorach 31

1. Wprowadzenie 37

• 1.1. Walory dobrze zaprojektowanego frameworka 38
  
  • 1.1.1. Dobrze zaprojektowane frameworki są proste 38
  • 1.1.2. Dobrze zaprojektowane frameworki muszą kosztować 39
  • 1.1.3. Dobrze zaprojektowane frameworki są pełne kompromisów 40
  • 1.1.4. Dobrze zaprojektowane frameworki zawierają zapożyczenia z przeszłości 41
  • 1.1.5. Dobrze zaprojektowane frameworki można rozwijać 41
  • 1.1.6. Dobrze zaprojektowane frameworki można integrować 42
  • 1.1.7. Dobrze zaprojektowane frameworki są spójne 42

2. Podstawy projektowania frameworków 43

• 2.1. Progresywne frameworki 45
• 2.2. Podstawowe zasady projektowania frameworków 48
  
  • 2.2.1. Zasada projektowania opartego na scenariuszach 48
  • 2.2.2. Zasada niskiego progu wejścia 54
  • 2.2.3. Zasada samodokumentujących się modeli obiektów 59
  • 2.2.4. Zasada architektury warstwowej 64
• Podsumowanie 66

3. Wytyczne dla nazw 67

• 3.1. Konwencje dotyczące wielkości liter 67
  
  • 3.1.1. Reguły stosowania wielkich liter w identyfikatorach 68
  • 3.1.2. Wielkie litery w akronimach 70
  • 3.1.3. Wielkie litery w wyrazach złożonych i często używanych zwrotach 72
  • 3.1.4. Rozróżnianie wielkości znaków 74
• 3.2. Ogólne konwencje nazewnicze 75
  
  • 3.2.1. Dobór słów 75
  • 3.2.2. Używanie skrótów i akronimów 77
  • 3.2.3. Unikanie nazw specyficznych dla języków 78
  • 3.2.4. Nazewnictwo nowych wersji istniejących interfejsów API 79
• 3.3. Nazwy zestawów, bibliotek DLL i pakietów 81
• 3.4. Nazwy przestrzeni nazw 83
  
  • 3.4.1. Przestrzenie nazw i konflikty nazw typów 84
• 3.5. Nazwy klas, struktur i interfejsów 86
  
  • 3.5.1. Nazwy uogólnionych parametrów typowych 88
  • 3.5.2. Nazwy zwykłych typów 89
  • 3.5.3. Nazewnictwo wyliczeń 90
• 3.6. Nazwy składowych typów 91
  
  • 3.6.1. Nazwy metod 91
  • 3.6.2. Nazwy właściwości 92
  • 3.6.3. Nazwy zdarzeń 93
  • 3.6.4. Nazwy pól 94
• 3.7. Nazwy parametrów 95
  
  • 3.7.1. Nazwy parametrów przeciążonych operatorów 95
• 3.8. Nazewnictwo zasobów 96
• Podsumowanie 96

4. Wytyczne dotyczące projektowania typów 97

• 4.1. Typy i przestrzenie nazw 99
• 4.2. Wybór między klasą a strukturą 102
• 4.3. Wybór między klasą a interfejsem 105
• 4.4. Projektowanie klas abstrakcyjnych 111
• 4.5. Projektowanie klas statycznych 112
• 4.6. Projektowanie interfejsów 113
• 4.7. Projektowanie struktur 115
• 4.8. Projektowanie wyliczeń 119
  
  • 4.8.1. Projektowanie wyliczeń znacznikowych 125
  • 4.8.2. Dodawanie wartości do wyliczeń 128
• 4.9. Typy zagnieżdżone 130
• 4.10. Typy a metadane zestawów 132
• 4.11. Silnie typowane ciągi 133
• Podsumowanie 136

5. Projektowanie składowych 137

• 5.1. Ogólne wytyczne dotyczące projektowania składowych 137
  
  • 5.1.1. Przeciążanie składowych 137
  • 5.1.2. Jawne implementowanie składowych interfejsu 147
  • 5.1.3. Wybór między właściwościami a metodami 150
• 5.2. Projektowanie właściwości 154
  
  • 5.2.1. Projektowanie właściwości indeksowanych 157
  • 5.2.2. Zdarzenia powiadamiania o zmianach właściwości 159
• 5.3. Projektowanie konstruktorów 160
  
  • 5.3.1. Wytyczne dla konstruktorów typów 166
• 5.4. Projektowanie zdarzeń 168
• 5.5. Projektowanie pól 172
• 5.6. Metody rozszerzające 175
• 5.7. Przeciążanie operatorów 181
  
  • 5.7.1. Przeciążanie operatora == 185
  • 5.7.2. Operatory konwersji 185
  • 5.7.3. Operatory nierówności 186
• 5.8. Projektowanie parametrów 188
  
  • 5.8.1. Wybór między parametrami typu wyliczeniowego i logicznego 190
  • 5.8.2. Sprawdzanie poprawności argumentów 192
  • 5.8.3. Przekazywanie parametrów 195
  • 5.8.4. Składowe ze zmienną liczbą parametrów 198
  • 5.8.5. Parametry wskaźnikowe 201
• 5.9. Używanie krotek w sygnaturach składowych 202
• Podsumowanie 207

6. Projektowanie pod kątem rozszerzalności 209

• 6.1. Mechanizmy rozszerzalności 209
  
  • 6.1.1. Klasy niezapieczętowane 209
  • 6.1.2. Składowe chronione 211
  • 6.1.3. Zdarzenia i wywołania zwrotne 212
  • 6.1.4. Składowe wirtualne 217
  • 6.1.5. Abstrakcje (typy i interfejsy abstrakcyjne) 219
• 6.2. Klasy bazowe 220
• 6.3. Pieczętowanie 222
• Podsumowanie 224

7. Wyjątki 225

• 7.1. Zgłaszanie wyjątków 229
• 7.2. Wybór odpowiedniego typu zgłaszanego wyjątku 234
  
  • 7.2.1. Opracowywanie komunikatu o błędzie 236
  • 7.2.2. Obsługa wyjątków 237
  • 7.2.3. Opakowywanie wyjątków 242
• 7.3. Korzystanie ze standardowych typów wyjątków 244
  
  • 7.3.1. Exception i SystemException 244
  • 7.3.2. ApplicationException 244
  • 7.3.3. InvalidOperationException 244
  • 7.3.4. ArgumentException, ArgumentNullException i ArgumentOutOfRangeException 245
  • 7.3.5. NullReferenceException, IndexOutOfRangeException i AccessViolationException 246
  • 7.3.6. StackOverflowException 246
  • 7.3.7. OutOfMemoryException 246
  • 7.3.8. ComException, SEHException i ExecutionEngineException 247
  • 7.3.9. OperationCanceledException i TaskCanceledException 247
  • 7.3.10. FormatException 248
  • 7.3.11. PlatformNotSupportedException 248
• 7.4. Projektowanie własnych wyjątków 248
• 7.5. Wyjątki a wydajność 249
  
  • 7.5.1. Wzorzec Tester-Wykonawca 250
  • 7.5.2. Wzorzec Try 251
• Podsumowanie 254

8. Wytyczne dotyczące użytkowania 255

• 8.1. Tablice 255
• 8.2. Atrybuty 258
• 8.3. Kolekcje 260
  
  • 8.3.1. Kolekcje jako parametry 262
  • 8.3.2. Kolekcje jako właściwości i wartości zwracane 263
  • 8.3.3. Wybór między tablicą a kolekcją 266
  • 8.3.4. Implementowanie kolekcji niestandardowych 267
• 8.4. DateTime i DateTimeOffset 269
• 8.5. ICloneable 271
• 8.6. IComparablei IEquatable 271
• 8.7. IDisposable 273
• 8.8. Nullable 273
• 8.9. Object 274
  
  • 8.9.1. Object.Equals 274
  • 8.9.2. Object.GetHashCode 276
  • 8.9.3. Object.ToString 277
• 8.10. Serializacja 279
• 8.11. Uri 281
  
  • 8.11.1. Wytyczne implementacyjne dotyczące typu System.Uri 282
• 8.12. Użycie przestrzeni nazw System.Xml 282
• 8.13. Operatory równości 283
  
  • 8.13.1. Operatory równości w typach wartościowych 285
  • 8.13.2. Operatory równości w typach referencyjnych 286

9. Typowe wzorce projektowe 287

• 9.1. Komponenty agregujące 287
  
  • 9.1.1. Projektowanie komponentowe 289
  • 9.1.2. Typy sfaktoryzowane 291
  • 9.1.3. Wytyczne dotyczące komponentów agregujących 292
• 9.2. Wzorce asynchroniczne 294
  
  • 9.2.1. Wybór między wzorcami asynchronicznymi 295
  • 9.2.2. Wzorzec asynchroniczny oparty na zadaniach 296
  • 9.2.3. Typy zwracane z metod asynchronicznych 301
  • 9.2.4. Tworzenie asynchronicznego wariantu istniejącej metody synchronicznej 304
  • 9.2.5. Wytyczne implementacyjne mające na celu zachowanie spójności wzorca asynchronicznego 306
  • 9.2.6. Klasyczny wzorzec asynchroniczny 311
  • 9.2.7. Wzorzec asynchroniczny oparty na zdarzeniach 311
  • 9.2.8. IAsyncDisposable 312
  • 9.2.9. IAsyncEnumerable 312
• 9.3. Właściwości zależnościowe 314
  
  • 9.3.1. Projektowanie właściwości zależnościowych 315
  • 9.3.2. Projektowanie dołączanych właściwości zależnościowych 317
  • 9.3.3. Sprawdzanie poprawności właściwości zależnościowych 318
  • 9.3.4. Powiadomienia o zmianach właściwości zależnościowych 318
  • 9.3.5. Koercja wartości właściwości zależnościowej 319
• 9.4. Wzorzec Dispose 320
  
  • 9.4.1. Podstawowy wzorzec Dispose 322
  • 9.4.2. Typy finalizowalne 328
  • 9.4.3. Operacje z określonym zakresem 331
  • 9.4.4. IAsyncDisposable 334
• 9.5. Fabryki 337
• 9.6. Obsługa LINQ 341
  
  • 9.6.1. Omówienie mechanizmu LINQ 341
  • 9.6.2. Sposoby implementowania obsługi technologii LINQ 342
  • 9.6.3. Obsługa technologii LINQ za pośrednictwem interfejsu IEnumerable 342
  • 9.6.4. Obsługa LINQ za pośrednictwem interfejsu IQueryable 343
  • 9.6.5. Obsługa technologii LINQ za pośrednictwem wzorca Query 344
• 9.7. Wzorzec funkcji opcjonalnych 347
• 9.8. Kowariancja i kontrawariancja 350
  
  • 9.8.1. Kontrawariancja 352
  • 9.8.2. Kowariancja 354
  • 9.8.3. Wzorzec symulowanej kowariancji 356
• 9.9. Metoda szablonowa 359
• 9.10. Limity czasu 361
• 9.11. Odczytywanie typów z kodu XAML 362
• 9.12. Operacje na buforach 364
  
  • 9.12.1. Operacje transformacji danych 375
  • 9.12.2. Zapisywanie w buforze danych o stałej lub wstępnie określonej wielkości 380
  • 9.12.3. Zapisywanie w buforze danych z użyciem wzorca Try-Write 381
  • 9.12.4. Częściowe zapisy do buforów i wyliczenie OperationStatus 385
• 9.13. A na koniec... 389

A Konwencje stylu programowania w C# 391

• A.1. Ogólne konwencje stylu 392
  
  • A.1.1. Użycie nawiasów klamrowych 392
  • A.1.2. Użycie spacji 394
  • A.1.3. Użycie wcięć 395
  • A.1.4. Odstępy w pionie 397
  • A.1.5. Modyfikatory składowych 397
  • A.1.6. Inne 399
• A.2. Konwencje nazewnicze 403
• A.3. Komentarze 404
• A.4. Organizacja plików 405

B Przestarzałe wytyczne 407

• B.3. Przestarzałe wytyczne dotyczące nazewnictwa 408
  
  • B.3.8. Nazewnictwo zasobów 408
• B.4. Przestarzałe wytyczne dotyczące projektowania typów 408
  
  • B.4.1. Typy i przestrzenie nazw 408
• B.5. Przestarzałe wytyczne dotyczące projektowania składowych 410
  
  • B.5.4. Projektowanie zdarzeń 410
• B.7. Przestarzałe wytyczne dotyczące wyjątków 411
  
  • B.7.4. Projektowanie wyjątków niestandardowych 411
• B.8. Przestarzałe wytyczne dotyczące użytkowania 412
  
  • B.8.10. Serializacja 412
• B.9. Przestarzałe wytyczne dotyczące typowych wzorców projektowych 419
  
  • B.9.2. Wzorce asynchroniczne 419
  • B.9.4. Wzorzec Dispose 429

C Przykład specyfikacji API 435

D Zmiany powodujące niezgodność 441

• D.1. Modyfikowanie zestawów 442
  
  • D.1.1. Zmiana nazwy zestawu 442
• D.2. Dodawanie przestrzeni nazw 443
  
  • D.2.1. Dodawanie przestrzeni nazw powodującej konflikt z istniejącym typem 443
• D.3. Modyfikowanie przestrzeni nazw 443
  
  • D.3.1. Zmiana nazwy przestrzeni nazw lub wielkości jej liter 443
• D.4. Przenoszenie typów 443
  
  • D.4.1. Przenoszenie typu za pośrednictwem atrybutu [TypeForwardedTo\ 443
  • D.4.2. Przenoszenie typu bez użycia atrybutu [TypeForwardedTo\ 444
• D.5. Usuwanie typów 444
  
  • D.5.1. Usuwanie typów 444
• D.6. Modyfikowanie typów 445
  
  • D.6.1. Zapieczętowanie typu niezapieczętowanego 445
  • D.6.2. Odpieczętowanie typu zapieczętowanego 445
  • D.6.3. Zmiana wielkości liter w nazwie typu 445
  • D.6.4. Zmiana nazwy typu 446
  • D.6.5. Zmiana przestrzeni nazw typu 446
  • D.6.6. Dodawanie do struktury modyfikatora readonly 446
  • D.6.7. Usuwanie ze struktury modyfikatora readonly 447
  • D.6.8. Dodawanie interfejsu bazowego do istniejącego interfejsu 447
  • D.6.9. Dodawanie drugiej deklaracji uogólnionego interfejsu 447
  • D.6.10. Zmiana klasy na strukturę 448
  • D.6.11. Zmiana struktury na klasę 448
  • D.6.12. Zmiana struktury na typ ref struct 449
  • D.6.13. Zmiana typu ref struct na strukturę (bez słowa kluczowgo ref) 449
• D.7. Dodawanie składowych 449
  
  • D.7.1. Maskowanie składowych typu bazowego za pomocą modyfikatora new 449
  • D.7.2. Dodawanie składowych abstrakcyjnych 450
  • D.7.3. Dodawanie składowych do typu niezapieczętowanego 450
  • D.7.4. Dodawanie składowej z modyfikatorem override do typu niezapieczętowanego 450
  • D.7.5. Dodawanie do struktury pierwszego pola typu referencyjnego 451
  • D.7.6. Dodawanie składowej do interfejsu 451
• D.8. Przenoszenie składowych 452
  
  • D.8.1. Przenoszenie składowych do klasy bazowej 452
  • D.8.2. Przenoszenie składowych do interfejsu bazowego 452
  • D.8.3. Przenoszenie składowych do typu pochodnego 452
• D.9. Usuwanie składowych 452
  
  • D.9.1. Usuwanie finalizatora z typu niezapieczętowanego 452
  • D.9.2. Usuwanie finalizatora z typu zapieczętowanego 453
  • D.9.3. Usuwanie składowej bez modyfikatora override 453
  • D.9.4. Usuwanie przesłonięcia składowej wirtualnej 453
  • D.9.5. Usuwanie przesłonięcia składowej abstrakcyjnej 454
  • D.9.6. Usuwanie lub zmiana nazwy pól prywatnych w typach serializowalnych 454
• D.10. Przeciążanie składowych 454
  
  • D.10.1. Dodawanie pierwszego przeciążenia składowej 455
  • D.10.2. Dodawanie przeciążenia z alternatywnym parametrem typu referencyjnego 455
• D.11. Zmiana sygnatur składowych 455
  
  • D.11.1. Zmiana nazwy parametru metody 455
  • D.11.2. Dodawanie lub usuwanie parametru metody 456
  • D.11.3. Zmiana typu parametru metody 456
  • D.11.4. Zmiana kolejności parametrów o różnych typach w metodzie 456
  • D.11.5. Zmiana kolejności parametrów tego samego typu w metodzie 457
  • D.11.6. Zmiana typu zwrotnego metody 457
  • D.11.7. Zmiana typu właściwości 458
  • D.11.8. Zmiana widoczności składowej z publicznej na dowolną inną 458
  • D.11.9. Zmiana widoczności składowej z chronionej na publiczną 458
  • D.11.10. Zmiana składowej wirtualnej (lub abstrakcyjnej) z chronionej na publiczną 458
  • D.11.11. Dodawanie lub usuwanie modyfikatora static 459
  • D.11.12. Rozpoczęcie przekazywania parametru przez referencję lub rezygnacja z tego 459
  • D.11.13. Zmiana stylu parametru referencyjnego 460
  • D.11.14. Nadawanie modyfikatora readonly metodzie struktury 460
  • D.11.15. Usuwanie modyfikatora readonly z metody struktury 460
  • D.11.16. Zmiana parametru z obowiązkowego na opcjonalny 460
  • D.11.17. Zmiana parametru z opcjonalnego na obowiązkowy 461
  • D.11.18. Zmiana wartości domyślnej parametru opcjonalnego 461
  • D.11.19. Zmiana wartości pola const 461
  • D.11.20. Zmiana składowej abstrakcyjnej na wirtualną 462
  • D.11.21. Zmiana składowej wirtualnej na abstrakcyjną 462
  • D.11.22. Zmiana składowej niewirtualnej na wirtualną 462
• D.12. Zmiana działania 463
  
  • D.12.1. Zastępowanie wyjątków dotyczącychbłędów czasu wykonania wyjątkami odnoszącymi się dobłędów użycia 463
  • D.12.2. Zastępowanie wyjątków dotyczących błędów użycia funkcjonalnym działaniem 463
  • D.12.3. Zmiana typu wartości zwracanych z metody 463
  • D.12.4. Zgłaszanie nowego typu wyjątku błędu 464
  • D.12.5. Zgłaszanie nowego typu wyjątku, odziedziczonego po dotychczas zgłaszanym typie 464
• D.13. Ostatnia uwaga 464

Słowniczek 465