C#.NET中的CTS、CLS和CLR

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在学习.NET的过程中，都会不可避免地接触到这三个概念，那么这三个东西是什么以及它们之间的关系是怎样的呢？我们在学习的过程中可能比较过多的会去关注CLR，因为CLR是.NET Framework的核心，但是我要说的是CTS和CLS更为重要，因为他们是CLR的核心。任何编程语言，如果想要在.NET CLR上执行，就必需提供一个编译器，将此语言的程序编译成.NET CLR所认识的metadata以及IL，符合CTS的规定。并非所有的语言都能和C#一样符合CTS的规范，毕竟许多语言出现在先，CTS出现在后，所以有一些旧的语言未能符合CTS的规定。这类的语言在.NET中有下列三种方式来符合CTS规范：

- 改变语言本身以符合CTS的规定。例如Visual Basic 6就为此做了大幅度的扩充与改变，加上继承的特性，这使得新版的Visual Basic .NET 差不多可以算是一个全新的语言了，犹如当年C衍生出C++一样。

- 扩充语言本身以接近CTS的规定，但仍保留不相容于CTS的语法，如此一来，程序中符合CTS规定的以CTS方式编译，不符合CTS规定的则以传统的方式编译成native code。例如C++ with Managed Extension (简称MC++) 就是如此。

- 语言本身尽量维持不变，一切都是通过超强的编译器设计来达成和CTS的相容，Eiffel就是如此的作法。例如，CTS不支援多重继承(multiple inheritance)，但是Eiffel支援多重继承，通过Eiffel的编译器可以利用interface以及attribute来达到多重继承(这样的作法相当巧妙，有兴趣的读者不妨去研究一下)。

好，现在让我们来看一下它们三者的关系。

1)CTS通用类型系统(Common Type System)

CTS不但实现了COM的变量兼容类型，而且还定义了通过用户自定义类型的方式来进行类型扩展。任何以.NET平台作为目标的语言必须建立它的数据类型与CTS的类型间的映射。所有.NET语言共享这一类型系统，实现它们之间无缝的互操作。该方案还提供了语言之间的继承性。例如，用户能够在VB.NET中派生一个由C#编写的类。我们可以将CTS 看成是所有.NET 语言的superset (union)，而符合CTS 的各种不同的语言，其实都只是CTS 的subset (intersection)。这些语言所写出来的程序，如果想要有最佳的相容性，以便互相调用(invoke) 或继承，这些语言之间就必需取得一个共同的subset，有共同遵守的规范，这就是CLS 。

2)CLS通用语言规范(Common Language Specification)

很显然，编程语言的区别不仅仅在于类型。例如，一些语言支持多继承性，一些语言支持无符号数据类型，一些语言支持运算符重载。用户应认识到这一点，因此.NET通过定义公共语言规范(CLS：Common Language Specification)，限制了由这些不同引发的互操作性问题。CLS制定了一种以.NET平台为目标的语言所必须支持的最小特征，以及该语言与其他.NET语言之间实现互操作性所需要的完备特征。认识到这点很重要，这里讨论的特征问题已不仅仅是语言间的简单语法区别。例如，CLS并不去关心一种语言用什么关键字实现继承，只是关心该语言如何支持继承。CLS是CTS的一个子集。这就意味着一种语言特征可能符合CTS标准，但又超出CLS的范畴。例如：C#支持无符号数字类型，该特征能通过CTS的测试，但CLS却仅仅识别符号数字类型。因此，如果用户在一个组件中使用C#的无符号类型，就可能不能与不使用无符号类型的语言(如VB.NET)设计的.NET组件实现互操作。

3)CLR公共语言运行库(Common Language Runtime)

简单地说，CLR是CTS的实现，也就是说，CLR是应用程序的执行引擎和功能齐全的类库，该类库严格按照CTS规范实现。作为程序执行引擎，CLR负责安全地载入和运行用户程序代码，包括对不用对象的垃圾回收和安全检查。在CLR监控之下运行的代码，称为托管代码(managed code)。