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网络与通信程序设计 - 1


网络与通信程序设计(C#)
物理与电信工程学院 Q 群:397545502 唐小煜

邮箱:beaming@qq.com

课程简介与目标
? 课程简介
? 本课程学习和讨论基于.NET架构,选用C#语言进行计算机网络通

信程序以及计算机接口间信息交换程序开发的原理和方法。
<

br />? 课程目标
? 了解.NET架构
? 掌握C#的语法、编程方法以及相关工具的使用 ? 了解网络通信、接口通信编程的基本原理

? 掌握网络应用程序、通信应用程序设计开发技术
? 了解软件工程管理的基本知识

课程教学与考核
? 教学手段
? 课堂教学、实验,网络教学

? 学习方法
? 理论学习+编程实践 ? 网络学习(MSDN、CSDN、搜索引擎)

? 实践,实践,实践

? 考核方式
? 平时考勤、实验、综合设计 ? 卷面考试

教材与教参
? 教材
? 金华. C#网络编程技术教程[M]. 人民邮电出版社 ? 郑阿奇. Visual C# 网络编程[M]. 电子工业出版社 ? 吴晨. C#网络与通信程序设计案例精讲[M]. 清华大学出版社

? 参考书目
? 刘瑞新. C#网络编程及应用[M]. 机械工业出版社

? 刘增杰. Windows应用程序开发(C#版)[M]. 清华大学出版社
? [美]Michael McMillan. 数据结构与算法(C#语言描述)[M]. 人民邮电出版社 ? 李江全. Visual C#.NET 串口通信及测控应用典型实例[M]. 电子工业出版社

? Wei-Meng Lee. Practical .Net 2.0 Networking Projects[M]. Apress ? [美]Colin Campbell. 设计模式--.NET并行编程[M]. 清华大学出版社 ? 包善东. 更锋利的C#代码[M]. 清华大学出版社 ? 王艳平. Windows网络与通信程序设计[M]. 人民邮电出版社

教学安排

网络与通信程序设计(C#)

第一章 .NET平台及C#简介

6

.NET平台
? .NET是微软公司推出的 一个全新概念的技术, 它代表了一个集合、一 个环境和一个可以作为 平台支持下一代 Internet的可编程结构。

C#语言简介
? C#的背景:
? 从C和C++演变而来的,结合了C/C++的强大功能、Java的面向对象

特性和Visual Basic的易用性,从而成为一种简单的类型安全、
面向对象的编程语言,是.NET公共语言运行环境的内置语言。

? C#的特点:
? 语法简洁
? 面向对象设计 ? 与Web紧密结合

? 完整的安全性和错误处理
? 版本控制 ? 兼容性,灵活性

C#与C++的比较
? 编译目标:C++代码直接编译为本地可执行代码,C#默认编译为中间语言(IL) 代码,执行时再通过Just-In-Time将需要的模块临时编译成本地代码。 ? 内存管理:C++需要显式地删除动态分配给堆的内存,而C#不需要这么做,C# 采用垃圾回收机制自动在合适的时机回收不再使用的内存。 ? 指针:C++中大量地使用指针,而C#使用对类实例的引用,如果确实想在C#中 使用指针,必须声明该内容是非安全的。

? 字符串处理:在C#中,字符串是作为一种基本数据类型来对待的,因此比C++
中对字符串的处理要简单得多。 ? 库:C++依赖于以继承和模板为基础的标准库,C#则依赖于.NET基库。 ? 类继承:C++允许类的多继承,而C#只允许类的单继承,通过接口才能实现多 继承。

C#和Java的比较
? C#与Java的相同之处。
? 两者都编译成跨平台的、跨语言的代码,并且代码只能在一个受

控制的环境中运行。
? 自动收集垃圾内存,并且取消了指针。在C#中可以使用指针,不 过必须注明unsafe关键字。

? 都不需要头文件,所有的代码都被“包(package)”限制在某个范
围内,并且因为没有头文件,所以消除了类定义的循环依赖。

? C#与Java的区别
? C#面向对象的程度比Java高。
? C#具有比Java更强大的功能。 ? C#的速度比Java快。

Visual Studio 集成开发环境
主菜单 对象浏览器 方案管理器

最近项目 MSDN专题

入门帮助

错误列表

Visual C# 的应用程序类型
? 控制台应用程序 ? WinForm,Windows窗体应用程序

? Windows服务应用程序
? WebForm,Web窗体应用程序 ? WPF应用程序(Windows Presentation Foundation) [新一代图形系统,集成WebForm/WinForm] ? WCF服务应用程序(Windows Communication Foundation)

[数据通信接口]
? ……

初识C#程序(控制台应用程序)
? 新建项目?控制台应用程序 ? 程序文件Program.cs:
using System;//引用命名空间(注释) using System.Text;
//自定义命名空间 namespace ConsoleApplication1 { class Program //类 { //Main方法(程序入口) static void Main(string[] args) { Console.Write("Hello World"); } } }

初识C#程序(窗体应用程序)

任务1:熟悉Visual Studio开发环境
? 安装 Visual C# 2008 或者 Visual Studio 2008 ? 熟悉各种菜单、工具窗口

? 新建并保存控制台应用程序工程(选择C#语言)
? 在Main方法中,输入语句:Console.Write("Hello World"); ? 启动程序,查看运行结果

? 新建并保存窗体应用程序工程(选择C#语言)
? 新建一个窗体,并设置窗体标题、大小等相关信息 ? 在该窗体中插入一个标签控件,显示“Hello World!” ? 发布成应用程序,安装试用

网络与通信程序设计(C#)

第二章 C#基本语法与编程

16

2.1 标识符与关键字
? 关键字(保留字,系统标识符):
? C#中有特殊含义的标识符

? 标识符:
? 唯一标识代码中的各种程序元素,一般指用户标识符

? 标识符的命名规则
? 字符集遵循Unicode3.0标准 ? 只能使用字母、数字和个别特殊符号(大小写敏感) ? 必须以字母或者下划线开头

? 以“@”符号开始时,允许使用关键字作为标识符
? 标识符必须“先定义后使用”

2.2 数据类型
? 值类型 ? 引用类型

值类型
? 1.整数类形:
? C#定义了8种整数类型。它们在内存中占据的内存大小各不相同,取值 范围也各不相同。
数 据 类 型 sbyte byte short ushort int 描述 有符号 8 位整数 无符号 8 位整数 有符号 16 位整数 无符号 16 位整数 有符号 32 位整数 ?128~127 0~255 ?32768~32767 0~65535 ?2147483648~2147483647 取值范围

uint
long ulong

无符号 32 位整数
有符号 64 位整数 无符号 64 位整数

0~4294967295
?9223372036854775808~ 9223372036854775807 0~18446744073709551615

值类型
? 2.布尔类形:
? 表示“真”或“假”的数据类型,取值为“true”或“false”,主要用 于进行逻辑判断,类型标识符为bool。

? 3.实数(浮点数)类型:
? 单精度(float)、双精度(double)、财务及货币(decimal)

类型 float double decimal

大致取值范围 ?1.5?10?45~?3.4?1038 ?5.0?10?324~?1.7?10308 ?1.0?10?28~?7.9?1028

描述 32位浮点数 64位浮点数 128位数据类型

精度 7位 15~16位 28~29位有效位

值类型
? 4.字符类型:
? C#使用字符类型(char)来处理ASCII字符和Unicode字符 ? Unicode是16位字符,可以表示世界上多数已知的书面语言 ? C#中的字符常量使用单引号将字符括起来 ? C#使用转义字符来处理特殊字符,以“\”开头 ? char类型可以隐式转换为ushort、int、uint、long、ulong、float、

double或decimal类型。
转义字符 \n 描 述 转义字符 \f 描 述 转义字符 \0 描 述

换行符

换页符

空字符

\t
\r \b

水平制表符Tab
回车符 退格符

\\
\' \"

反斜杠字符 \
单引号 双引号

\v
\a

垂直制表符Tab
感叹号

值类型
? 5.枚举类型
? 用一种便于记忆的标识符来表示有限个常数的集合
? enum Days {Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun}; 余的值依次递增 ? enum Days {Mon=1, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat, Sun=0}; //Mon 后面的枚举 元素的值依次递增 //Mon的值为0,其

? 从enum类型到基本类型的转换需要用显式类型转换来完成

? 6.结构类型:复合数据类型
? struct 结构名{
? ? ?

成员声明列表(访问权限 数据类型 成员);};

? struct Student { public int ID; //学号 public string Name; //姓名 public float Score; //成绩

? };

引用类型
? 引用类型:
? 不存储实际数据,存储数据的引用(地址)

? 包括类类型、字符串类型、数组类型、接口类型、委托类型

? 数组
? 数组定义后,在使用前必须初始化,也可以在定义的同时初始化

? 数组:数据类型[] 数组名;
? int[] num = new int[3]{1,2,5};

? 多维数组:数据类型 [,] 多维数组名;
? int[,] num = new int[2,3] {1,2,3,4,5,6};

? 数组的数组(不规则数组):数据类型[][] 数组名;
? int[][] array = new int[2][] {new int[2] {1,2} , new

int[3]{3,4,5}};

常量与变量
? 常量
? 在程序运行期间值保持不变的量,只能赋一次值

? 习惯上将常量所使用的标识符全部大写
? const int NUM = 10;

? 变量
? 在程序运行中可以改变的量
? int x,y; ? int a,b=3,c=20,d;

数据类型的转换
? C#是一种强类型语言,通常不允许一种类型替换另一种类型 ? 隐式转换:
? 当被转换的类型的取值范围完全包含在转换到的类型的取值范围之内时才能执行

隐式转换
? char c1='Y'; ? int s1; ? s1 = c1;

? 显式转换(强制类型转换):
? 明确要求编译器将一种数据类型转换为另一种数据类型 ? 显式类型转换过程中可能导致数据精度损失或者引发异常

? short s1;
? int x1=13; ? s1 = (short)x1; ? s1 = Convert.ToInt16(x1); // .NET框架的类型转换类

装箱与拆箱
? 装箱与拆箱机制:
? C#语言中引入了让值类型在需要时转化为引用类型,以及让引用

类型在需要时转换为值类型的机制。

? 装箱是指将一个值类型隐式转换为一个object类型的过程
? int x = 15;

? object obj = x; //利用隐式转换实现装箱
? object obj = (object) x; //利用显式转换实现装箱

? 拆箱是指将一个object类型显式转换成一个值类型的过程
? int val = 100;
? object obj = val; //装箱 ? int num = (int) obj; //拆箱

2.3 常用运算符
类型 算术运算符 逻辑运算符 位运算符 字符串连接运算符 增量和减量运算符 移位运算符 运算符 + 、 –、 * 、 / 、 % &&、||、! &、 |、 ^、 ~ + ++、–– <<、>> 描述 实现数学上的基本算术运算功能 与布尔类型操作数组成逻辑表达式 用于修改一个变量的二进制格式数据中 单独的位 实现字符串串联 自增自减运算,分为前缀和后缀运算 根据表达式规定的位数进行左移或右移, 并将结果赋给操作数变量

比较运算符
赋值运算符 成员访问运算符 索引运算符 数据类型转换运算符 条件运算符 对象创建运算符 类型信息运算符

==、!=、<、>、<=、>=
=、+=、–=、*=、/=、%=、 &=、|=、^=、<<=、>>= . [] () ?: new sizeof、is、typeof、as

实现两个操作数的比较操作
包括简单赋值和复合赋值运算,且左操 作数必须是一个变量 用于对象和结构成员的访问 用于数组和索引器 用于实现显式类型转换 三元运算符 用于动态创建对象和调用构造函数 sizeof只用于不安全的代码

2.4 流程控制
? 顺序结构 ? 选择结构

? 循环结构
? 跳转语句

选择结构
? if-else语句
? if(表达式) ? { ? } ? else ? {

? swich语句
? swich(表达式) ? {
? case 常量表达式1: ? ? 语句; break;

? }

? default:
? ? 语句; break;

? }

循环结构
? While
? int i=0,sum=0; ? while(i<=100) ? {
? i++; ? sum+=i;

? For
? int sum = 0; ? for (int i = 1; i <= 100; i++) ? {
? sum += i;

? }

? }

? do-while

? Foreach
? char [] A =

{'1','2','3','4','5'};
? foreach (char t in A) ? {
? Console.WriteLine(t);

? }

跳转语句
? break语句:
? 跳出swich结构,嵌套时只能跳出一层

? continue语句:
? 跳出本次循环中尚未执行的语句

? return语句:
? 退出类的方法,返回调用者,可返回值

2.5 异常处理
? C#中的异常处理提供了一种处理系统级错误和应用程序级错误的结 构化的、统一的、类型安全的方法。 ? 程序运行过程中所产生的异常一般可以分为两种类型:用户程序产生 的异常和系统产生的异常。
异常类型 Exception SystemException IndexOutOfRangeException NullReferenceException AccessViolationException InvalidOperationException ArgumentException 所有异常的基类 所有运行时生成的错误的基类 仅当错误地对数组进行索引时,才由运行库引发 仅当引用空对象时,才由运行库引发 仅在访问无效内存时由运行库引发 当处于无效状态时,由方法引发 所有参数异常的基类 描述

ArgumentNullException
ArgumentOutOfRangeException ExternalException COMException

由不允许参数为空的方法引发
由验证参数是否位于给定范围内的方法引发 在运行库的外部环境中发生或针对这类环境的异常的基类 封装 COM HRESULT 信息的异常

try-catch-finally语句
? try ? {
? Console.WriteLine("try");

? } ? catch(Exception e) ? {
? Console.WriteLine(“catch");

? } ? finally ? {
? Console.WriteLine("finally");

? }

网络与通信程序设计(C#)

第三章 类和对象

34

基本概念
? 将客观世界中的对象模型化,形成一种计算机化的表示,并以此为基 础来分析和解决问题便形成了面向对象技术。 ? 对象
? 对象是对客观事物的抽象 ? 对象由属性和方法组成。属性反映了对象的信息特征,而方法则定义改 变属性状态的各种操作。

? 类
? 具有相同属性和方法的对象可归纳成类,对象是类的一个实例,而对象 的抽象是类。

? 继承
? 类有一定的结构,可以派生出子类,子类除了继承父类的属性和方法外 还可以有自己的属性和方法。

类的定义
? 类是C#中最基础的类型。
? 类是一个数据结构,将数据成员(状态)和功能成员(行为)组合在一个单元中 ,进而体现了面向对象技术的封装性。

? 定义格式:
? Attribute 类修饰符 class 类名 [:基类和实现的接口列表] ? { ? ? } 修饰符 none、internal public abstract、internal abstract public abstract sealed、internal sealed public sealed 描述 类只能在当前项目中访问 类可以在任何地方访问 类只能在当前项目中访问,且不能实例化,只能继承 类可以在任何地方访问,且不能实例化,只能继承 类只能在当前项目中访问,且只能实例化,不能继承 类可以在任何地方访问,且只能实例化,不能继承 类成员定义

类的成员
? 类的成员分为数据成员和功能成员 ? 数据成员包括:
? 成员常量,代表与类相关的常数数据; ? 字段,类的变量。

? 功能成员包括:
? 方法,即类中的成员函数; ? 属性,定义了命名的属性以及读写属性的相关的行为; ? 索引,允许类的实例通过与数组相同的方法来索引; ? 操作符,定义了可以用于类的实例上的表达式操作;

? 事件,定义了由类产生的事件公告;
? 构造函数,对类的实例进行初始化的操作; ? 析构函数,在类的实例销毁前执行与资源释放相关的操作。

类成员的可访问性
可访问性 public protected internal protected internal private 描述 访问不受限制,定义的成员可以在类的外部访问 访问仅限于包含类或从包含类派生的类 访问仅限于当前程序集(包) 访问仅限于从包含类派生的当前程序集(包)或类 访问仅限于包含类

静态成员和非静态成员
? 类的成员可以是静态成员,也可以是非静态成员。
? 静态成员用关键字static修饰,它们属于类。

? 没有用static修饰的类成员称为非静态成员,它们属于对象。

? 静态成员的特征:
? 一个静态字段对应一个存储位置

? 静态成员属于类,因此可以在包含类的实例之间共享它们
? 静态成员一般通过类来访问 ? (非静态成员通过包含类的实例来访问)

构造函数与析构函数
? 构造函数的名称与类名相同,没有返回类型。 ? 类在实例化的时候,调用构造函数

? 析构函数在类析构时被调用(不能显式调用)

成员
? 字段,即类的变量,类中的数据成员,用来存储类所需的数据信息。
? class CalendarDate ? {

?
? ? ? }

public readonly int month; // 只读字段,实例创建后不能对其赋值
public int day; public static int year=2005; //静态字段,属于类的成员

? 属性是对对象或类的字段进行特定访问的成员,是字段的自然扩展,访问属 性和字段的语法相同。
? public string NameListTile //读写属性

? {
? ? ? } get { return namelisttile; } set { namelisttile = value; }

? 索引一种使对象能够用与数组相同的方式进行索引的成员。

继承与多态
? 在C#中,派生类只能从一个基类中继承
? [修饰符] class 派生类名 [:基类名]

? {
? ? } 派生类成员

? 派生类能从它的直接基类中继承的成员包括方法、字段、属性、
事件、索引(除了构造函数和析构函数) ? 在派生类中声明与基类的同名成员,可以实现覆盖

? C#的多态性
? 基类的虚拟方法与派生类的重载方法 ? 抽象类与抽象方法;密封类与密封方法

网络与通信程序设计(C#)

第四章 WINDOWS编程及多文档窗体

43

Windows窗体应用程序模型
? 窗体
? Form类是在应用程序中显示的任何窗口的表示形式。

? 当为应用程序设计用户界面时,首先创建一个从Form派生的类。
? 然后添加控件、设置属性、创建事件处理程序以及向窗体添加编 程逻辑。

? 控件
? 添加到窗体中的每个组件称为控件。

? 事件
? Windows窗体编程模型基于事件。

Windows窗体的常用属性
属性 Name AcceptButton ActiveMdiChild BackgroudImage CancelButton ContextMenu Cursor HelpButton Icon IsMdiChild IsMdiContainer MaximizeBox MinimumSize Text 设置控件的名称 设置当用户按Enter键时所单击的窗体上的按钮 获取当前活动的多文档界面(MDI)子窗体 设置在控件中显示的背景图像 设置当用户按Esc键时所单击的窗体上的按钮 设置与控件关联的快捷菜单 设置当鼠标指针位于控件上时显示的光标 设置是否在窗体的标题栏中显示“帮助”按钮 设置窗体的显示图标 设置窗体是否为多文档界面(MDI)子窗体 设置窗体是否为多文档界面(MDI)子窗体的容器 设置是否在窗体的标题栏中显示最大化按钮 设置是否在窗体的标题栏中显示最小化按钮 设置窗体显示的标题 说明

Windows控件(Button)的常用事件
名称
Click GotFocus Initialized IsEnabledChanged IsVisibleChanged KeyDown KeyUp LostFocus MouseDown MouseEnter MouseLeave MouseLeftButtonDown MouseRightButtonDown MouseUp MouseWheel TextInput TouchDown TouchEnter TouchLeave

说明
在单击 Button 时发生。 在此元素获得逻辑焦点时发生。 初始化此 FrameworkElement 时发生。 在此元素的 IsEnabled 属性值更改时发生。 在此元素的 IsVisible 属性值更改时发生。 在焦点位于此元素上并且用户按下键时发生。 在焦点位于此元素上并且用户释放键时发生。 在此元素丢失逻辑焦点时发生。 在指针位于此元素上并且按下任意鼠标按钮时发生。 在鼠标指针进入此元素的边界时发生。 在鼠标指针离开此元素的边界时发生。 在鼠标指针位于此元素上并且按下鼠标左键时发生。 在鼠标指针位于此元素上并且按下鼠标右键时发生。 在鼠标指针位于此元素上并且松开任意鼠标按钮时发生。 在鼠标指针位于此元素上并且用户滚动鼠标滚轮时发生。 在此元素以设备无关模式获取文本时发生。 当悬停在此元素上方的手指触摸屏幕时发生。 在触摸屏输入从此元素边界外部移动到其内部时发生。 在触摸屏输入从此元素边界内部移动到其外部时发生。

常用控件
? 标签控件(Label)
? 为控件提供运行时信息或说明性文字,通常用于显示静态文本。

? 文本框控件(TextBox)
? 用于接收用户的输入或者显示文本。 ? 常用的事件是TextChanged事件,当框中的内容发生改变时触发

? 列表框控件(ListBox)
? 用于显示供用户选择的选项列表,用户可以从中选择一项或多项 ? SelectedIndexChanged事件和SelectedValueChanged事件。

? 组合框控件(ComboBox)
? 结合了文本框控件和列表框控件的功能,同时具有这两类控件的功能

? 命令按钮控件(Button)
? 命令按钮控件允许用户通过单击来响应各种操作

? 常用的事件是Click事件

窗体切换与参数传递
? 窗体的打开与关闭
? Form frm1=new Form();

? frm1.ShowDialog();
? frm1.Show(); ? frm1.Close();

//模态方式显示,有返回值
//非模态方式,无返回值

? * 模态显示指程序中只有当前窗体能与用户交互

? 窗体间的参数传递
? 重载窗体类的构造函数,允许在实例化时传递参数

? 主窗体向从窗体传递参数
? 定义全局类或者变量

消息框与对话框
? 消息框
? MessageBox.Show(内容,标题,按钮,图标)
? MessageBoxButtons 枚举值 ? MessageBoxIcon 枚举值

? 对话框
? 通用对话框 CommonDialog
? 颜色对话框 ColorDialog ? 字体对话框 FontDialog

? 打开文件对话框 OpenFileDialog
? 保存文件对话框 SaveFileDialog

菜单设计与编程
? 菜单是可视化编程的重要组成部分,通常分为下拉菜单( 包括主菜单和子菜单)和快捷菜单两种。
? 主菜单:显示在菜单栏上、窗体运行时始终显示的菜单。
? 子菜单:主菜单下面的菜单。 ? 下拉菜单使用类MenuStrip创建 ? 快捷菜单:单击鼠标右键弹出的菜单 ? 快捷菜单使用类ContextMenuStrip创建

多文档界面(MDI)编程
? MDI(Multiple-Document Interface):
? 多文档界面,由一个父窗体和多个子窗体组成。

? MDI窗体允许同时打开多个子窗体,是一种能够同时处理两个或两
个以上窗体的界面形式。

? 创建MDI窗体的步骤:
? MDI父窗体的创建
? MDI子窗体的创建 ? 从父窗体中调用子窗体。

实现方法
? 父窗体创建
? Form1.IsMdiContainer=True;

? 调用子窗体
? Form2 frm=new Form2(); ? frm.MdiParent=this;

? frm.Show();

? 窗体动作
? frm.Show(); ? frm.Hide(); ? frm.Close(); //打开新窗体 //隐藏窗体 //激活已打开的窗体

? frm. Activate();

//关闭窗体

MDI的窗体传值技术以及细节处理
? 调用窗体时,利用已配置的参数进行传傎 ? 通过类属性进行传傎 ? 防止重复打开子窗口 ? 设定子窗体排列方式

任务2:C# Windows编程实践
? 设计一个简单的计算器
? 基本要求:实现四则运算

? 扩展1:实现进制转换、按位运算以及科学计算等
? 扩展2:实现常用的数学函数计算(调用Math类)

? 设计一个带菜单栏和状态栏的多窗体界面

实验提示
? 新建窗体程序工程,设定窗体属性 ? 放置输入输出控件(按钮/标签/文本框)并适当布局

? 为不同的按钮编写响应方法(事件函数),注意按钮的分类
? 0~9数字键(将当前按键值拼接到之前的值,注意前值为0情况) ? 运算符号键(保存当前数值,标记按下的符号) ? 等号键(读取缓存的运算符和操作数,转化成数值,选择运算方 法,输出运算结果)


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