C# 언어 둘러보기

C#(“씨샵”이라고 발음합니다.)은 형식이 안전한 최신 개체 지향 프로그래밍 언어입니다. 개발자는 C#을 사용하면 .NET에서 실행되는 다양한 형식의 안전하고 강력한 애플리케이션을 빌드할 수 있습니다. C#은 C 언어 제품군에서 시작되었으며 C, C++, Java 및 JavaScript 프로그래머에게 친숙할 것입니다. 이 둘러보기에서는 C# 8 이상 언어의 주요 구성 요소를 간략하게 설명합니다. 대화형 예제를 통해 언어를 살펴보려면 C# 소개 자습서를 사용해 보세요.

C#은 개체 지향 구성 요소 지향 프로그래밍 언어입니다. C#은 이러한 개념을 직접적으로 지원하는 언어 구문을 제공함으로써 소프트웨어 구성 요소를 만들고 사용할 수 있는 자연 언어로 자리매김하게 되었습니다. 원본 이후로 C#은 새로운 워크로드를 지원하기 위한 기능 및 새로운 소프트웨어 디자인 사례를 추가했습니다. 핵심 C#은 개체 지향 언어입니다 . 형식 및 해당 동작을 정의합니다.

여러 가지 C# 기능은 강력한 지속형 애플리케이션을 만드는 데 도움이 됩니다. 가비지 수집 은 연결할 수 없는 사용되지 않는 개체가 차지하는 메모리를 자동으로 회수합니다. ‘Nullable 형식’은 할당된 개체를 참조하지 않는 변수로부터 보호합니다. ‘예외 처리’는 오류 검색 및 복구에 대한 구조적이고 확장 가능한 방법을 제공합니다. ‘람다 식’은 함수형 프로그래밍 기술을 지원합니다. ‘LINQ(언어 통합 쿼리)’ 구문은 모든 소스의 데이터로 작업하기 위한 일반적인 패턴을 만듭니다. ‘비동기 작업’에 대한 언어 지원은 분산 시스템을 빌드하기 위한 구문을 제공합니다. C#에는 통합 형식 시스템이 있습니다. int 및 double과 같은 기본 형식을 포함하는 모든 C# 형식은 단일 루트 object에서 상속됩니다. 모든 형식은 일반 작업 집합을 공유합니다. 모든 형식의 값을 일관된 방식으로 저장 및 전송하고 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 C#은 사용자 정의 참조 형식 및 값 형식을 모두 지원합니다. C#은 개체의 동적 할당 및 경량 구조체의 인라인 스토리지를 허용합니다. C#은 향상된 형식 안전성과 성능을 제공하는 제네릭 메서드 및 형식을 지원합니다. C#은 컬렉션 클래스의 구현자가 클라이언트 코드에 대한 사용자 지정 동작을 정의하는 데 사용할 수 있는 반복기를 제공합니다.

C#은 버전 관리를 강조하여 프로그램 및 라이브러리가 호환되는 방식으로 시간이 지남에 따라 발전할 수 있도록 합니다. 버전 관리 고려 사항의 직접적인 영향을 받은 C# 설계의 측면에는 별도의 virtual 및 override 한정자, 메서드 오버로드 확인 규칙 및 명시적 인터페이스 멤버 선언에 대한 지원이 포함됩니다.

.NET 아키텍처

C# 프로그램은 CLR(공용 언어 런타임)이라는 가상 실행 시스템이며 클래스 라이브러리 세트인 .NET에서 실행됩니다. CLR은 국제 표준인 CLI(공용 언어 인프라)를 Microsoft에서 구현한 것입니다. CLI는 언어와 라이브러리가 원활하게 함께 작동하는 실행 및 개발 환경을 만들기 위한 기초입니다.

C#으로 작성된 소스 코드는 CLI 사양을 준수하는 IL(중간 언어)로 컴파일됩니다. IL 코드와 리소스(예: 비트맵 및 문자열)는 일반적으로 .dll 확장명과 함께 어셈블리에 저장됩니다. 어셈블리는 어셈블리의 형식, 버전 및 문화에 대한 정보를 제공하는 매니페스트를 포함합니다.

C# 프로그램이 실행되면 어셈블리가 CLR에 로드됩니다. CLR은 JIT(Just-In-Time) 컴파일을 수행하여 IL 코드를 네이티브 기계어 명령으로 변환합니다. CLR은 자동 가비지 수집, 예외 처리 및 리소스 관리와 관련된 다른 서비스도 제공합니다. CLR에서 실행되는 코드를 "관리 코드"라고도 합니다. "관리되지 않는 코드"는 특정 플랫폼을 대상으로 하는 네이티브 머신 언어로 컴파일됩니다.

언어 상호 운용성은 .NET의 주요 기능입니다. C# 컴파일러에서 생성된 IL 코드는 CTS(공용 형식 사양)를 따릅니다. C#에서 생성된 IL 코드는 F#, Visual Basic, C++의 .NET 버전에서 생성된 코드와 상호 작용할 수 있습니다. 다른 CTS 규격 언어가 20개 이상 있습니다. 단일 어셈블리는 다른 .NET 언어로 작성된 여러 모듈을 포함할 수 있습니다. 형식은 같은 언어로 작성된 것처럼 서로를 참조할 수 있습니다.

런타임 서비스 외에도 .NET에는 광범위한 라이브러리가 포함되어 있습니다. 이러한 라이브러리는 다양한 워크로드를 지원합니다. 다양한 유용한 기능을 제공하는 네임스페이스로 구성됩니다. 이 라이브러리는 파일 입력 및 출력부터 문자열 조작, XML 구문 분석, 웹 애플리케이션 프레임워크, Windows Forms 컨트롤에 이르기까지의 모든 기능을 포함합니다. 전형적인 C# 애플리케이션은 .NET 클래스 라이브러리를 광범위하게 사용하여 일반적인 “배관” 작업을 처리합니다.

.NET에 대한 자세한 내용은 .NET의 개요를 참조하세요.

Hello World

“Hello, World” 프로그램은 프로그래밍 언어를 소개하는 데 일반적으로 사용됩니다. C#에서는 다음과 같습니다.

using System;

class Hello
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello, World");
    }
}

“Hello, World” 프로그램은 System 네임스페이스를 참조하는 using 지시문으로 시작합니다. 네임스페이스는 계층적으로 C# 프로그램 및 라이브러리를 구성하는 방법을 제공합니다. 네임스페이스에는 형식 및 다른 네임스페이스가 포함됩니다. 예를 들어 System 네임스페이스에는 많은 형식(예: 프로그램에 참조되는 Console 클래스) 및 많은 다른 네임스페이스(예: IO 및 Collections)가 포함되어 있습니다. 지정된 네임스페이스를 참조하는 using 지시문을 사용하여 해당 네임스페이스의 멤버인 형식을 정규화되지 않은 방식으로 사용할 수 있습니다. using 지시문 때문에, 프로그램은 Console.WriteLine을 System.Console.WriteLine의 약식으로 사용할 수 있습니다.

“Hello, World” 프로그램에서 선언된 Hello 클래스에는 단일 멤버인 Main 메서드가 있습니다. Main 메서드는 static 한정자로 선언됩니다. 인스턴스 메서드는 키워드 this를 사용하여 특정 바깥쪽 개체 인스턴스를 참조할 수 있지만 정적 메서드는 특정 개체에 대한 참조 없이 작동합니다. 관례상 Main이라는 정적 메서드가 C# 프로그램의 진입점으로 사용됩니다.

프로그램의 출력은 System 네임스페이스에 있는 Console 클래스의 WriteLine 메서드에 의해 생성됩니다. 이 클래스는 기본적으로는 컴파일러에서 자동으로 참조되는 표준 클래스 라이브러리를 통해 제공됩니다.

형식 및 변수

형식은 C# 내 모든 데이터의 구조와 동작을 정의합니다. 형식 선언에는 해당 멤버, 기본 형식, 구현하는 인터페이스 및 해당 형식에 허용되는 작업이 포함될 수 있습니다. 변수는 특정 형식의 인스턴스를 참조하는 레이블입니다.

C#에는 두 가지 종류의 형식, 즉 값 형식과 참조 형식이 있습니다. 값 형식의 변수에는 해당 데이터가 직접 포함됩니다. 참조 형식의 변수에는 개체라고도 하는 데이터에 대한 참조가 저장됩니다. 참조 형식에서는 두 개의 변수가 같은 개체를 참조할 수 있고 한 변수에 대한 작업이 다른 변수에서 참조하는 개체에 영향을 미칠 수 있습니다. 값 형식에서는 변수가 자체적으로 데이터 사본을 갖고 있으며 한 변수에 대한 작업이 다른 변수에 영향을 미칠 수 없습니다(ref 및 out 매개 변수 변수 제외).

식별자는 변수 이름입니다. 식별자는 공백이 없는 유니코드 문자 시퀀스입니다. 식별자에 @ 접두사가 있으면 C# 예약어일 수 있습니다. 예약어를 식별자로 사용하면 다른 언어와 상호 작용할 때 유용할 수 있습니다.

C#의 값 형식은 ‘단순 형식’, ‘열거형 형식’, ‘구조체 형식’, ‘null 허용 값 형식’, ‘튜플 값 형식’으로 세분화됩니다. C#의 참조 형식은 클래스 형식, 인터페이스 형식, 배열 형식 및 대리자 형식으로 세분화됩니다.

다음 개요는 C#의 형식 시스템에 대한 개요를 제공합니다.

• 값 형식
  • 단순 형식
    • 부호 있는 정수: sbyte, short, int, long
    • 부호 없는 정수: byte, ushort, uint, ulong
    • 유니코드 문자: char(UTF-16 코드 단위)
    • IEEE 이진 부동 소수점: float, double
    • 고정밀 10진수 부동 소수점: decimal
    • 부울: bool은 부울 값, 즉 true 또는 false를 나타내는 값입니다.
  • 열거형 형식
    • enum E {...}의 사용자 정의 형식입니다. enum 형식은 명명된 상수가 있는 고유한 형식입니다. 모든 enum 형식은 8가지 정수 형식 중 하나인 내부 형식을 갖습니다. enum 형식의 값 집합은 내부 형식의 값 집합과 동일합니다.
  • 구조체 형식
    • struct S {...} 양식의 사용자 정의 형식
  • Nullable 값 형식
    • null 값을 갖는 다른 모든 값 형식의 확장
  • 튜플 값 형식
    • (T1, T2, ...) 양식의 사용자 정의 형식
• 참조 형식
  • 클래스 형식
    • 다른 모든 형식의 기본 클래스: object
    • 유니코드 문자열: string(UTF-16 코드 유닛 시퀀스)
    • class C {...} 양식의 사용자 정의 형식
  • 인터페이스 형식
    • interface I {...} 양식의 사용자 정의 형식
  • 배열 형식
    • 1차원 배열, 다차원 배열, 가변 배열. 예: int[], int[,], int[][]
  • 대리자 형식
    • delegate int D(...) 양식의 사용자 정의 형식

C# 프로그램에서는 형식 선언을 사용하여 새 형식을 만듭니다. 형식 선언은 새 형식의 이름과 멤버를 지정합니다. 사용자 정의가 가능한 C#의 6가지 형식 범주는 클래스 형식, 구조체 형식, 인터페이스 형식, 열거형 형식, 대리자 형식, 튜플 값 형식입니다. record 형식, record struct 또는 record class를 선언할 수도 있습니다. 레코드 형식에는 컴파일러 합성 멤버가 포함됩니다. 레코드는 주로 연결된 동작을 최소화하면서 값을 저장하는 데 사용합니다.

• class 형식은 데이터 멤버(필드) 및 함수 멤버(메서드, 속성 및 기타)를 포함하는 데이터 구조를 정의합니다. 클래스 형식은 단일 상속 및 다형성과 파생된 클래스가 기본 클래스를 확장하고 특수화할 수 있는 메커니즘을 지원합니다.
• struct 형식은 데이터 멤버 및 함수 멤버로 구조체를 나타내는 클래스 형식과 유사합니다. 그러나 클래스와 달리 구조체는 값 형식이며 일반적으로 힙 할당이 필요하지 않습니다. 구조체 형식은 사용자 지정 상속을 지원하지 않으며 모든 구조체 형식은 object 형식으로부터 암시적으로 상속됩니다.
• interface 형식은 계약을 공용 멤버의 명명된 집합으로 정의합니다. interface를 구현하는 class 또는 struct는 인터페이스의 멤버 구현을 제공해야 합니다. interface는 여러 기본 인터페이스에서 상속될 수 있으며 class 또는 struct는 여러 인터페이스를 구현할 수 있습니다.
• delegate 형식은 특정 매개 변수 목록 및 반환 형식이 있는 메서드에 대한 참조를 나타내는 형식입니다. 대리자는 메서드를 변수에 할당되고 매개 변수로 전달될 수 있는 엔터티로 취급할 수 있도록 합니다. 대리자는 함수 언어에서 제공하는 함수 형식과 유사합니다. 대리자는 다른 언어의 함수 포인터와 개념이 비슷하지만 함수 포인터와 달리 대리자는 개체 지향적이며 형식이 안전한 방식입니다.

class, struct, interface 및 delegate 형식은 모두 제네릭을 지원하므로 다른 형식으로 매개 변수화할 수 있습니다.

C#은 모든 형식의 1차원 및 다차원 배열을 지원합니다. 위에 나열된 형식과 달리, 배열 형식은 사용하기 전에 먼저 선언할 필요가 없습니다. 대신, 배열 형식은 형식 이름을 대괄호로 묶어 생성합니다. 예를 들어 int[]는int의 1차원 배열이고, int[,]는 int의 2차원 배열, int[][]는 int의 1차원 배열의 1차원 배열, 즉 "가변" 배열입니다.

nullable 형식에는 별도의 정의가 필요하지 않습니다. null을 허용하지 않는 형식 T의 경우, 대응되는 nullable 형식 T?가 있으며 이는 추가 값 null을 가질 수 있습니다. 예를 들어 int?는 32비트 정수 또는 null 값을 보유할 수 있는 형식이고, string?은 모든 string 또는 null 값을 보유할 수 있는 형식입니다.

C#의 형식 시스템은 모든 형식의 값이 object로 취급될 수 있도록 통합됩니다. C#의 모든 형식은 object 클래스 형식에서 직접 또는 간접적으로 파생되고 object는 모든 형식의 기본 클래스입니다. 참조 형식의 값은 object로 인식함으로써 간단히 개체로 처리됩니다. 값 형식의 값은 boxing 및 unboxing 작업을 수행하여 개체로 처리됩니다. 다음 예제에서 int 값은 object로 변환되었다가 다시 int로 변환됩니다.

int i = 123;
object o = i;    // Boxing
int j = (int)o;  // Unboxing

값 형식의 값이 object 참조에 할당되면 값을 보유하기 위해 "box"가 할당됩니다. 이 상자는 참조 형식의 인스턴스이며 해당 상자에 값이 복사됩니다. 반대로 object 참조가 값 형식으로 캐스트될 때 참조된 object가 올바른 값 형식의 상자인지 확인합니다. 확인에 성공하면 상자의 값이 값 형식에 복사됩니다.

C#의 통합 형식 시스템은 값 형식이 "주문형" 참조로 object 처리됨을 효과적으로 의미합니다. 통합으로 인해 형식을 사용하는 범용 라이브러리는 참조 형식 object 과 값 형식을 모두 포함하여 에서 object파생되는 모든 형식과 함께 사용할 수 있습니다.

C#에는 필드, 배열 요소, 지역 변수 및 매개 변수를 포함하는 여러 종류의 변수가 있습니다. 변수는 저장소 위치를 나타냅니다. 모든 변수에는 아래와 같이 해당 변수에 저장할 수 있는 값을 결정하는 유형이 있습니다.

• Null을 허용하지 않는 값 형식
  • 정확한 해당 형식의 값
• Null 허용 값 형식
  • null 값 또는 정확한 해당 형식의 값
• object
  • null 참조, 참조 형식의 개체에 대한 참조 또는 값 형식의 boxed 값에 대한 참조
• 클래스 형식
  • null 참조, 해당 클래스 형식의 인스턴스에 대한 참조 또는 해당 클래스 형식에서 파생된 클래스의 인스턴스에 대한 참조
• 인터페이스 유형
  • null 참조, 해당 인터페이스 형식을 구현하는 클래스 형식의 인스턴스에 대한 참조 또는 해당 인터페이스 형식을 구현하는 값 형식의 boxed 값에 대한 참조
• 배열 형식
  • null 참조, 해당 배열 형식의 인스턴스에 대한 참조 또는 호환되는 배열 형식의 인스턴스에 대한 참조
• 대리자 형식
  • null 참조 또는 호환되는 대리자 형식의 인스턴스에 대한 참조

프로그램 구조

C#의 주요 조직 개념은 프로그램, 네임스페이스, 형식, 멤버 및 어셈블리입니다. 프로그램은 멤버를 포함하고 네임스페이스로 구성될 수 있는 형식을 선언합니다. 클래스, 구조체 및 인터페이스는 형식의 예입니다. 필드, 메서드, 속성 및 이벤트는 멤버의 예입니다. C# 프로그램을 컴파일하면 실제로 어셈블리로 패키지됩니다. 어셈블리는 일반적으로 애플리케이션 또는 .dll라이브러리를 각각 구현하는지에 따라 파일 확장명.exe 또는 를 갖습니다.

간단한 예로, 다음 코드를 포함하는 어셈블리를 생각해 보세요.

namespace Acme.Collections;

public class Stack<T>
{
    Entry _top;

    public void Push(T data)
    {
        _top = new Entry(_top, data);
    }

    public T Pop()
    {
        if (_top == null)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }
        T result = _top.Data;
        _top = _top.Next;

        return result;
    }

    class Entry
    {
        public Entry Next { get; set; }
        public T Data { get; set; }

        public Entry(Entry next, T data)
        {
            Next = next;
            Data = data;
        }
    }
}

이 클래스의 정규화된 이름은 Acme.Collections.Stack입니다. 클래스에는 필드 _top, 2개의 메서드 Push 및 Pop, 중첩된 클래스 Entry 등의 여러 멤버가 포함됩니다. Entry 클래스에는 Next 속성, Data 속성, 생성자, 이렇게 세 멤버가 더 포함됩니다. Stack은 제네릭 클래스입니다. 이는 사용 시 구체적인 형식으로 대체되는 T 형식 매개 변수 하나를 포함합니다.

스택은 "FILO"(선입후출) 컬렉션입니다. 스택의 맨 위에 새 요소가 추가됩니다. 요소가 제거되면 스택의 맨 위에서 제거됩니다. 이전 예제는 스택의 스토리지 및 동작을 정의하는 Stack 형식을 선언합니다. 해당 기능을 사용하기 위해 Stack 형식의 인스턴스를 참조하는 변수를 선언할 수 있습니다.

어셈블리에는 IL(중간 언어) 명령 형식의 실행 코드와 메타데이터 형식의 기호 정보가 포함됩니다. 어셈블리가 실행되기 전에, .NET 공용 언어 런타임의 JIT(Just-In-Time) 컴파일러가 어셈블리 안의 IL 코드를 해당 프로세서에 맞는 코드로 변환합니다.

어셈블리는 코드와 메타데이터를 모두 포함하는 기능의 자체 설명 단위이므로 C#에서는 #include 지시문과 헤더 파일이 필요하지 않습니다. 특정 어셈블리에 포함된 공용 형식 및 멤버는 프로그램을 컴파일할 때 해당 어셈블리를 참조하는 것만으로 C# 프로그램에서 사용 가능해집니다. 예를 들어 이 프로그램에서는 acme.dll 어셈블리의 Acme.Collections.Stack 클래스를 사용합니다.

class Example
{
    public static void Main()
    {
        var s = new Acme.Collections.Stack<int>();
        s.Push(1); // stack contains 1
        s.Push(10); // stack contains 1, 10
        s.Push(100); // stack contains 1, 10, 100
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1, 10
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack is empty
    }
}

이 프로그램을 컴파일하려면 이전 예제에 정의된 스택 클래스를 포함하는 어셈블리를 참조해야 합니다.

C# 프로그램은 여러 원본 파일에 저장될 수 있습니다. C# 프로그램을 컴파일하면 모든 원본 파일이 함께 처리되고 서로를 제약 없이 참조할 수 있습니다. 개념적으로 처리되기 전에 모든 원본 파일이 하나의 대량 파일에 연결된 것과 같습니다. 소수의 경우를 제외하고 선언 순서는 중요하지 않으므로 C#에서는 정방향 선언이 필요한 경우가 없습니다. C#은 소스 파일을 하나의 공용 형식만 선언하도록 제한하거나 소스 파일 이름이 소스 파일에 선언된 형식과 일치하도록 요구하지 않습니다.

이 둘러보기의 추가 문서에서는 이러한 조직 구성 요소에 대해 설명합니다.

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