Возможности Visual Studio 2013 и их использование для облачных вычислений

Возможности Visual Studio 2013 и их использование
для облачных вычислений

2-е издание, исправленное

Сафонов В.О.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Возможности Visual Studio 2013 и их использование для облачных вычислений/ В.О. Сафонов - М.:
Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”, 2016

Продвинутый курс для студентов старших курсов и аспирантов с теоретическими лекциями и
практическими занятиями по новой интегрированной среде Visual Studio 2013, ее возможностям и их
использованию для облачных вычислений на платформе Microsoft Azure.
Курс знакомит студентов с пользовательским интерфейсом и возможностями наиболее популярной и
современной интегрированной среды Visual Studio 2013. Целью данного курса по платформе Azure,
является научное изложение принципов архитектуры и анализ интегрированной среды Visual Studio
2013 и платформы Azure: анализ принципов архитектуры современных интегрированных сред,
возможностей Visual Studio 2013 и их использования для разработки облачных приложений,
клиентских мобильных приложений для связи с мобильными сервисами Azure, использования
облачного решения Visual Studio Online, разработка приложений для Windows Store в среде Visual
Studio 2013. Все эти вопросы нуждаются в подробном изучении, как в теории, так и на практике, что
и обеспечиват данный курс. Таким образом, предлагаемый курс сочетает в себе интересный материал
по новой версии интегрированной среды и новой версии платформы облачных вычислений, что,
безусловно, представит интерес для студентов.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2014-2016
(c) Сафонов В.О., 2014-2016

3

Концепция современной интегрированной среды разработки
приложений

Рассмотрена концепция интегрированной среды разработки приложений, обзор ее
типовых возможностей. Описана история развития интегрированных сред, дан обзор
наиболее известных из них.

Цель лекции

Ознакомление с концепцией интегрированной среды разработки приложений, ее
типовыми возможностями, историей развития интегрированных сред, возможностями
наиболее известных из них.

1.1. Введение

Данный курс познакомит Вас с возможностями новой версии интегрированной среды
Visual Studio 2013 и использованием данной среды для облачных вычислений на
платформе Microsoft Azure.

1.2. Концепция интегрированной среды разработки приложений

Интегрированная среда (integrated development environment - IDE) - набор
инструментов для разработки и отладки программ, имеющий общую интерактивную
графическую оболочку, поддерживающую выполнение всех основных функций
жизненного цикла разработки программы - набор и редактирование исходного текста
(кода), компиляцию (сборку), исполнение, отладку, профилирование и др.

Использование интегрированной среды - один из возможных подходов к разработке
программ. Альтернативой ему является более ранний, традиционный подход системы
UNIX, основанный на использовании набора инструментов (toolkit, toolbox),
родственных по тематике и функциональности, но не объединенных в одну
интегрированную интерактивную среду и подчас (в ранних версиях системы UNIX)
вызываемых в режиме командной строки (command line interface).

Разумеется, использовать интегрированную среду гораздо удобнее для разработчика,
чем и объясняется бурное развитие и разнообразие интегрированных сред, начиная с
1980-х годов.

Одной из первых интегрированных сред стала среда Turbo Pascal [1] фирмы Borland,
руководителем разработки которой в середине 1980-х гг. стал Филипп Кан, ученик
Никлауса Вирта.

Корпорация Microsoft внесла особо выдающийся вклад в развитие интегрированных
сред, благодаря созданию и развитию среды Visual Studio, которая является одним из
лучших образцов современной интегрированной среды. Ее новую версию, Visual Studio

4

2013, мы и рассмотрим в данном курсе.

1.3. История интегрированных сред

Идея интегрированных сред достигла еще большего развития к середине 1980-х гг.,
когда появились две группы популярных интегрированных сред:

Турбо-среды (Turbo Pascal, Turbo C, Turbo C++, Delphi и др.) фирмы Borland для
поддержки программирования на этих языках, реализованные сначала для
операционной системы MS DOS, затем - для ОС Windows;
GNU Emacs [2] - многоязыковая и многоплатформная интегрированная среда
разработки, реализованная для MS DOS, затем для Windows, OpenVMS и для
Linux. Среди сотрудников моей группы разработчиков, работавших с фирмой Sun
Microsystems в 1990-х гг., было немало пользователей и энтузиастов среды GNU
Emacs, благодаря ее реализации для платформы Solaris.

Следует также упомянуть интегрированную среду тех лет для разработки программ на
объектно-ориентированном языке Smalltalk [3] фирмы Xeror PARC - одну из первых
интегрированных сред ООП, в которой впервые появилось понятие байт-кода как
бинарной постфиксной формы промежуточного представления программы и понятие
just-in-time (JIT, динамического) компилятора, выполняющего при первом вызове
метода его компиляцию в платформно-зависимый (native) код целевого компьютера.

Турбо-среды фирмы Borland оказали огромное влияние на разработчиков ПО и
создателей инструментов разработки ПО. Их характерной чертой стала поддержка
непрерывного цикла разработки: набор и редактирование исходного текста -
компиляция - анализ и исправление ошибок - завершение компиляции - исполнение и
отладка - без выхода из интегрированной среды, причем все эти этапы управлялись
простым набором функциональных клавиш и не требовали явного вызова каких-либо
отдельных инструментов. Привлекательным качеством Турбо-сред стала также
высокая скорость компиляции. Хотя в первых версиях Турбо-Паскаля компиляция
осуществлялась до первой ошибки, и для поиска и диагностики всех ошибок
приходилось, после исправления предыдущей, запускать компиляцию снова, но это
выполнялось мгновенно с помощью функциональных клавиш.

Турбо-среды имели встроенный механизм сборки (build) для полной компиляции всех
исходных текстов проекта в бинарный код, а также режим make (F9), аналогичный
функциональности классической утилиты make системы UNIX, для повторной
компиляции только измененных модулей исходного текста.

Самым важным нововведением в среде Турбо-Паскаль было расширение входного
языка объектно-ориентированными концепциями (класс, объект) и конструкцией unit
(модуль), воплощающей в себе идею независимой единицы компиляции (compilation

unit). Поддержка ООП появилась в версии 5.5. Впоследствии эти идеи были развиты,
уже на платформе Windows, в новых версиях интегрированных сред фирмы Borland -
Borland Pascal и Delphi (язык программирования фирмы Borland, развивающий идеи
Паскаля в сочетании с ООП).

5

Я со своей группой в начале 1990-х гг. разработал большое число инструментов и
приложений на объектно-ориентированном Турбо-Паскале (5.5, 6.0), объемом до
нескольких десятков тысяч строк исходного текста (компиляторов, экспертных систем,
систем расчета непотопляемости судов, для ВМФ, и др.), используя, по современным
понятиям, более чем скромную конфигурацию оборудования - IBM PC с 640
килобайтами памяти под управлением MS DOS. Для размещения в памяти
попеременно больших исполняемых модулей использовалась оверлейная структура
(overlay). Ограничение в 640 килобайт (максимальный размер исполняемой программы
в MS DOS) накладывало весьма серьезные ограничения на размер единицы
компиляции, даже если фактически память компьютера имела больший объем,
например, 2 МБ. Вследствие ограниченного объема памяти приходилось искусственно
разбивать модули (units) на части. Тем не менее, комфортные интегрированные Турбо-
среды были для нас просто бальзамом после неуклюжей поддержки основных
инструментов на традиционных mainframe-компьютерах, на которых приходилось
работать в режиме командной строки. Производительность работы программистов
возросла в Турбо-средах просто фантастически, в десятки раз. “И уйду на PC, и
утешусь на Турбо-Паскале” - пели мы в нашем программистском фольклоре тех лет.

1.4. Основные возможности современных интегрированных сред

Суммируем теперь основные возможности интегрированных сред разработки
программ. Для каждой из них характерно наличие следующих компонент:

Единая интерактивная оболочка, обеспечивающая вызов всех других компонент,
не выходя из среды, с широким использованием функциональных клавиш;
Текстовый редактор для набора и редактирования исходных текстов программ. В
недавнем прошлом в отечественной традиции использовался именно термин
исходный текст, впоследствии стал использоваться термин исходный код (source
code);
Система поддержки сборки (build), то есть компиляции проектов из исходных
кодов, включающая компилятор с исходного реализуемого языка и компоновщик
(linker) объектных бинарных кодов в единый исполняемый код (загрузочный
модуль); компоновщик используется либо штатный, входящий в состав
операционной системы, либо специфичный для данной среды;
Отладчик (debugger) для отладки программ в среде с помощью типичного набора
команд: установить контрольную точку остановки; остановиться в заданной
процедуры (методе); визуализировать значения переменных (или, на более низком
уровне, регистров и областей памяти).

Современные текстовые редакторы в интегрированных средах обеспечивают также
режим автоматического завершения кода (code completion), который в них включен по
умолчанию и в котором редактор среды подсказывает разработчику кода возможные и
синтаксически правильные его продолжения - например, отсутствие закрывающей
скобки, отсутствие точки с запятой; возможные варианты имен методов при вызове
метода от объекта какого-либо определенного класса, и т.д.

В современных версиях интегрированных сред появились также следующие

6

возможности (компоненты):

Профилировщик (profiler) - инструмент для накопления и анализа статистических
данных, полученных в результате исполнения программы под управлением
интегрированной среды: число вызовов процедур (методов), объем памяти,
используемой при выполнении программы, и т.д.
Рефакторинг (refactoring) [4] - инструментарий систематических групповых
модификаций программ в среде, без принципиальных изменений их
функциональности, с целью улучшения кода. К типичным подобным действиям
относится, например, изменение имени метода в его определении и во всех
использованиях, добавление его аргумента, добавление try/catch - блока для
обработки ранее не учтенного исключения и т.п.
Генератор тестов (unit test generator) - инструмент для генерации типовых тестов
для тестирования модулей (units) - методов или процедур - с различными
возможными сочетаниями значений аргументов; типичные примеры - инструмент

JUnit в интегрированных Java-средах и аналогичный инструмент NUnit в среде
Visual Studio
Система управления версиями исходных кодов (source code control system) или
инструмент интеграции среды с одной из существующих версионных систем
(CVS, RCS, Mercurial, Visual SourceSafe и др.) - поддержка управления версиями
файлов исходных кодов проектов в среде при сопровождении программ
Инструменты поддержки командной разработки программ (teamwork) - этапов
жизненного цикла программы (требования и спецификации, проектирование,
реализация, тестирование), распределения заданий по разработке среди
участников команды программистов, контроля выполнения заданий менеджером
проекта. В среде Visual Studio такая компонента называлась сначала Team
Foundation Server (TFS), а, начиная с версии Visual Studio 2013, она реализована в
виде облачного интерфейса и получила название Visual Studio Online.
Инструменты анализа кода (code analysis) - его семантической корректности:
отсутствие некоторых видов ошибок, обнаруживаемых обычно при исполнении,
например, недостижимые условия; отсутствие необходимых проверок и
полномочий безопасности и др. Подробнее об этих особенно важных для меня, в
силу моих профессиональных интересов, возможностях рассказано ниже, в лекции
18. Эти возможности соответствуют духу и принципам надежных и безопасных
вычислений (trustworthy computing), сформулированным в 2002 г. корпорацией
Microsoft и последовательно воплощаемым этой фирмой в жизнь. Также в
современные среды встраиваются инструменты анализа кода в терминах метрик
(metrics), характеризующих его сложность, - например, цикломатическое число
графа потоков управления в программе, степень сцепления (взаимосвязанности)
классов и т.д.
Инструменты визуализации сгенерированного бинарного кода - методов,
переменных, их имен и т.д. Например, в среде Visual Studio для этой цели имеется
утилита ildasm (IL disassembler), позволяющая визуализировать единый
промежуточный (бинарный) код платформы .NET - Common Intermediate Language
- CIL, сгенерированный одним из компиляторов среды
Инструменты “запутывания” кода (obfuscation), выполняющие именно с этой
целью замену имен элементов кода - классов, методов, полей и т.д. на непонятные,

7

“случайные”, “запутанные” имена, с целью затруднения изучения
декомпилированного бинарного кода, для защиты от “взлома” кода
злоумышленниками, которые хотят несанкционированным образом присвоить
себе новые идеи, содержащиеся в коде, либо изучить его со злонамеренными
целями организации атак. Например, в среде Visual Studio имеется “штатный”
обфускатор - DotFuscator.
Поддержка создания различных видов программных проектов (projects) и решений
(solutions) на основе типовых шаблонов кода (code patterns); механизм разработки
расширений (plug-ins, add-ins, add-ons). При современной разработке программ
подчас требуется создавать очень сильно отличающиеся друг от друга
разновидности приложений и инструментов - консольные (простейшие)
приложения, Web-приложения и Web-сервисы, мобильные приложения, облачные
приложения и др. Для каждой из этих разновидностей требуется разработка
специфической структуры файлов исходного кода, а также конфигурационных
файлов (configuration files), специфицирующих, например, полномочия
безопасности кода, Web-конфигурации и др. Современные интегрированные
среды автоматизируют создание различного рода проектов, предоставляя
шаблоны исходного кода и генерируя автоматически необходимые для проекта
конфигурационные файлы. Трудно представить в настоящее время
программирование без использования готовых шаблонов кода, которое неизбежно
будет чревато ошибками, - например, очень легко забыть вручную создать тот или
иной файл, неотъемлемую часть проекта, либо упустить из вида какой-либо
важный фрагмент кода (например, инициировать асинхронный вызов, но не
предусмотреть парный к нему вызов, его завершающий). Поэтому поддержка
интегрированными средами различных видов проектов особенно важна. Кроме
того, набор возможных видов проектов в современных интегрированных средах
является расширяемым, т.е. разработчик может ввести в среду при необходимости
новый вид проекта. Например, при реализации нашего инструмента аспектно-
ориентированного программирования Aspect.NET как расширения
интегрированной среды Visual Studio мы ввели новый вид проекта - аспект (aspect)
с соответствующим шаблоном кода
Поддержка моделирования структуры программ на языке моделирования UML
(Unified Modeling Language) [5]. Современная версия языка UML (2.x)
обеспечивает построение моделей различного рода программ и соответствующих
этим моделям диаграмм. Кроме того, UML поддерживает разработку моделей
деятельности при разработке программ и взаимодействия разработчиков между
собой (activity diagrams). Современные интегрированные среды поддерживают
испрользование языка UML в двух напрвлениях: генерация модели и
соответствующей диаграммы по исходному коду и, наоборот, генерация
(шаблона) исходного кода по разработанной модели.

1.5. Моноязыковые и многоязыковые интегрированные среды

Первоначально интегрированные среды разрабатывались для программирования на
каком-либо одном исходном языке/ Например, среда Турбо-Паскаль - для
программирования на расширении языка Паскаль фирмы Borland.

8

Однако постепенно проявилась тенденция к превращению таких моноязыковых
интегрированных сред в многоязыковые, поскольку для разработки проектов на
различных языках используются сходные принципы и механизмы и, кроме того,
иногда удобно использовать в большим проекте фрагменты программы, написанные на
разных языках. Например, хотелось бы использовать готовый унаследованный код
(legacy code), написанный на более раннем языке (например, Си), чтобы не
переписывать его заново, например, на C#, с единственной целью включения в проект.

Например, широко известная интегрированная среда NetBeans первоначально
создавалась как студенческий проект Карлова университета в Праге для
программирования на языке Java. В настоящее время среда NetBeans развилась в
мощную многоязыковую интегрированную среду, в которой реализована компонента C
/ C++ development pack, обеспечивающий поддержку разработки проектов на языках C
и C++.

Отметим, что среда Visual Studio.NET с самого начала создавалась как многоязыковая
среда. Это принципиальная установка фирмы Microsoft - дать возможность
разработчикам выбрать наиболее удобный язык (или языки) для соответствующих
частей разработанного проекта, а затем собрать проект из бинарных компонент (сборок
- assemblies), полученных путем компиляции с соответствующих языков в единый
бинарный промежуточный код CIL. Ниже мы еще раз рассмотрим подробнее эту
удобную особенность Visual Studio и поддерживаемый ею набор языков.

1.6. Резюме

Интегрированная среда (integrated development environment - IDE) - набор
инструментов для разработки и отладки программ, имеющий общую интерактивную
графическую оболочку, поддерживающую выполнение всех основных функций
жизненного цикла разработки программы.

Первыми интегрированными средами стали Турбо-среды фирмы Borland, GNU Emacs,
среда программирования на языке Smalltalk. Интегрированные среды существенно
повысили производительность программистов и обеспечили удобство разработки.

К числу возможностей современных интегрированных сред относятся: текстовый
редактор (включая code completion - автоматическое завершение кода), система сборки
бинарных кодов из исходных кодов, отладчик, профайлер, генератор unit-тестов,
инструменты поддерждки коллективной разработки, инструменты связи с системой
управления версиями, обфускатор, средства создания различных видов проектов и их
визуализации, средства расширения функциональности и видов проектов (plug-ins);
инструменты моделирования архитектуры проектов на языке UML.

Интегрированные среды могут быть моноязыковыми и многоязыковыми. Среда Visual
Studio изначально является многоязыковой, а с версии 7 поддерживает платформу
Microsoft.NET.

Ключевые термины

9

Генератор
тестов (unit test
generator)

- инструмент для генерации типовых тестов для тестирования
модулей (units) - методов или процедур - с различными
возможными сочетаниями значений аргументов; типичные примеры
- инструмент JUnit в интегрированных Java-средах и аналогичный
инструмент NUnit в среде Visual Studio

Инструменты
поддержки
коллективной
разработки
программ
(teamwork)

- инструменты поддержки этапов жизненного цикла программы
(требования и спецификации, проектирование, реализация,
тестирование), распределения заданий по разработке среди
участников команды программистов, контроля выполнения заданий
менеджером проекта. В среде Visual Studio такая компонента
называлась сначала Team Foundation Server (TFS), а, начиная с
версии Visual Studio 2013, она реализована в виде облачного
интерфейса и получила название Visual Studio Online.

Интегрированная
среда (integrated
development
environment -
IDE)

- набор инструментов для разработки и отладки программ,
имеющий общую интерактивную графическую оболочку,
поддерживающую выполнение всех основных функций жизненного
цикла разработки программы - набор и редактирование исходного
текста (кода), компиляцию (сборку), исполнение, отладку,
профилирование и др.

Набор
инструментов
(toolkit, toolbox)

- группа инструментов разработки программ, родственных по
тематике и функциональности, но не объединенных в одну
интегрированную интерактивную среду и вызываемых в командном
режиме

Рефакторинг
(refactoring)

- инструментарий систематических групповых модификаций
программ в среде, без принципиальных изменений их
функциональности, с целью улучшения кода. К типичным
подобным действиям относится, например, изменение имени метода
в его определении и во всех использованиях, добавление его
аргумента, добавление try-catch - блока для обработки ранее не
учтенного исключения и т.п.

Система
поддержки
сборки (build)

- инструментарий для компиляции проектов из исходных кодов,
включающая компилятор с исходного реализуемого языка и
компоновщик (linker) объектных бинарных кодов в единый
исполняемый код (загрузочный модуль); компоновщик
используется либо штатный, поставляемый вместо с ОС, либо
специфичный для данной среды

Турбо-среды
(Turbo Pascal,
Turbo C, Turbo
C++, Delphi и
др.)

- интегрированные среды фирмы Borland для поддержки
программирования на конкретных языках, реализованные сначала
для операционной системы MS DOS, затем - для Windows

GNU Emacs
- многоязыковая и многоплатформная интегрированная среда
разработки, реализованная для MS DOS, затем для Windows,
OpenVMS и для Linux

Краткие итоги

10