C#: ключові поняття мови, розробка .NET MAUI та Xamarin

Що таке C#?

C# (вимовляється «сі шарп») — об'єктно-орієнтована мова програмування з безпечною системою типів, розроблена Microsoft у 2000 році під керівництвом Андерса Хейлсберга. Назва натхненна музичною нотацією (дієз — підвищення тону). C# працює на платформі .NET, яка включає Common Language Runtime (CLR) та велику бібліотеку класів (BCL — Base Class Library).

У мобільній розробці C# використовується через дві технології: Xamarin (2011–2024) та його наступника .NET MAUI (2022+). Xamarin дозволяв створювати нативні Android та iOS застосунки зі спільним C#-кодом, розділяючи платформенні проєкти. .NET MAUI об'єднує всі платформи в один проєкт зі спільною XAML-розміткою та доступом до нативних API через платформенні інтерфейси.

Ключова особливість C# — строга статична типізація з можливістю динамічної диспетчеризації через dynamic, ключове слово var (виведення типу) та потужну систему дженериків. C# — повністю керована мова: пам'ять управляється збирачем сміття (GC), межі масивів перевіряються, неініціалізовані змінні заборонені. Це робить C# безпечнішим за C++ при порівнянній продуктивності через AOT-компіляцію.

Версії C# та еволюція

C# 1.0 (2000) — базова ООП-мова. C# 3.0 (2007) — LINQ, лямбда-вирази, методи розширення. C# 6.0 (2015) — інтерполяція рядків, null-conditional оператор. C# 8.0 (2019) — nullable reference types (нульова безпека), асинхронні потоки, методи інтерфейсу за замовчуванням. C# 10 (2021) — global usings, простори імен у межах файлу, record struct. C# 12 (2023) — primary constructors, вирази колекцій, перехоплювачі. Кожна версія приносить покращення, актуальні для мобільної розробки.

Синтаксис C#: типи, класи та LINQ

Синтаксис C# — C-подібний, строго типізований. Все є об'єктом, включаючи примітиви (int, double, bool — це структури, що успадковують ValueType). C# ділить типи на типи значень (int, double, bool, struct, enum — зберігаються на стеку) та типи посилань (string, class, interface, delegate, array, record — зберігаються в купі). Nullable-типи (int?) дозволяють null для типів значень.

Типи даних та класи

C# підтримує класи (class), структури (struct), записи (record), інтерфейси (interface), переліки (enum) та делегати (delegate). record — імутабельний тип посилання з value-based рівністю (два record рівні, якщо всі їхні поля рівні). record struct — value-версія record, введена в C# 10. primary constructors (C# 12) поєднують оголошення та ініціалізацію в один рядок.

// Базові типи та класи C#
using System;
using System.Collections.Generic;

// Record з primary constructor (C# 12)
public record User(int Id, string Name, string Email);

// Клас з nullable-властивостями
public class AppConfig
{
    public string AppName { get; init; }
    public string? ApiUrl { get; set; } // nullable reference type
    public int Version { get; init; }

    // Метод з expression body
    public string GetDisplayName() => $"{AppName} v{Version}";
}

// Extension method
public static class StringExtensions
{
    public static bool IsValidEmail(this string email) =>
        email.Contains("@") && email.Contains(".");
}

// Використання
var user = new User(1, "Alice", "alice@example.com");
bool validEmail = user.Email.IsValidEmail();

Record User з primary constructor автоматично генерує equals, hashCode, ToString, Deconstruct та with-копіювання. init-only сеттери (AppName) дозволяють встановити значення лише в ініціалізаторі. Expression body (=>) — лаконічний запис для простих методів. Extension method IsValidEmail додає метод до string без успадкування.

LINQ — Language Integrated Query

LINQ — вбудована мова запитів до колекцій, баз даних, XML. LINQ to Objects — запити до IEnumerable колекцій. LINQ to SQL — до БД. LINQ to XML — до XML. Синтаксис буває query (from u in users where u.Age > 18 select u) та method (users.Where(u => u.Age > 18).Select(u => u)). Ліниве завантаження (відкладене виконання): запит виконується при ітерації, а не при оголошенні.

// LINQ запити до колекцій
using System.Linq;

var users = new List<User>
{
    new User(1, "Alice", "alice@example.com"),
    new User(2, "Bob", "bob@test.com"),
    new User(3, "Charlie", "charlie@example.com"),
};

// Query syntax
var filteredUsers = from u in users
                     where u.Email.Contains("example")
                     orderby u.Name
                     select u;

// Method syntax з кількома операціями
var result = users
    .Where(u => u.Email.Contains("example"))
    .OrderBy(u => u.Name)
    .Select(u => new { u.Name, u.Email })
    .ToList();

// GroupBy та агрегація
var emailsByDomain = users
    .GroupBy(u => u.Email.Split('@')[1])
    .Select(g => new { Domain = g.Key, Count = g.Count() });

// LINQ з асинхронним потоком (IAsyncEnumerable)
await foreach (var user in GetUsersAsync())
{
    Console.WriteLine(user.Name);
}

async IAsyncEnumerable<User> GetUsersAsync()
{
    yield return new User(1, "Alice", "alice@example.com");
    await Task.Delay(100);
    yield return new User(2, "Bob", "bob@test.com");
}

LINQ-запит filteredUsers фільтрує користувачів за доменом email та сортує за ім'ям. Method syntax .Where().OrderBy().Select() — ланцюжок методів, еквівалентний query syntax. GroupBy групує за доменом email. IAsyncEnumerable (C# 8) — асинхронна версія IEnumerable, корисна для потокового завантаження даних у мобільному застосунку.

Xamarin та .NET MAUI: архітектура

Xamarin (2011–2024) — перша платформа Microsoft для кроссплатформної мобільної розробки на C#. Складався з Xamarin.Android (Mono runtime поверх ядра Linux) та Xamarin.iOS (AOT-компіляція в ARM64 через заборону JIT на iOS). Xamarin.Forms — спільний UI-шар з XAML-розміткою, що транслював елементи в нативні (Android View / iOS UIView).

.NET MAUI (.NET Multi-platform App UI) — наступник Xamarin, випущений у 2022 році. Єдиний проєкт .csproj, одна XAML-розмітка, одна точка входу. Підтримує 5 платформ: iOS, Android, Windows (WinUI 3), macOS (Mac Catalyst), Tizen. .NET MAUI використовує нову архітектуру Handler замість Renderer: кожен елемент XAML мапиться на нативний компонент через платформенний handler.

<!-- MainPage.xaml — декларативний UI .NET MAUI -->
<ContentPage xmlns="http://schemas.microsoft.com/dotnet/2021/maui"
             xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2009/xaml"
             x:Class="MyApp.MainPage">

    <ScrollView>
        <VerticalStackLayout Padding="30" Spacing="25">
            <Label Text="Welcome to .NET MAUI!"
                   FontSize="32"
                   HorizontalOptions="Center"/>

            <Entry x:Name="NameEntry"
                   Placeholder="Enter your name"/>

            <Button Text="Submit"
                    Clicked="OnSubmitClicked"
                    BackgroundColor="#512BD4"
                    TextColor="White"
                    CornerRadius="8"/>

            <CollectionView x:Name="ItemsView"
                          SelectionMode="Single">
                <CollectionView.ItemTemplate>
                    <DataTemplate>
                        <Grid Padding="10">
                            <Label Text="{Binding Name}"
                                   FontSize="18"/>
                        </Grid>
                    </DataTemplate>
                </CollectionView.ItemTemplate>
            </CollectionView>
        </VerticalStackLayout>
    </ScrollView>
</ContentPage>

XAML-розмітка .NET MAUI описує UI декларативно. ScrollView — прокручування, VerticalStackLayout — вертикальне розташування. Label, Entry (введення тексту), Button — базові елементи. CollectionView — віртуалізований список з DataTemplate для відображення елементів. Подія Clicked прив'язується до методу OnSubmitClicked у code-behind MainPage.xaml.cs.

// MainPage.xaml.cs — code-behind з C# логікою
namespace MyApp;

public partial class MainPage : ContentPage
{
    private readonly List<User> _users = new();

    public MainPage()
    {
        InitializeComponent();
        LoadUsers();
    }

    private async void OnSubmitClicked(object? sender, EventArgs e)
    {
        var name = NameEntry.Text?.Trim();

        if (string.IsNullOrEmpty(name))
        {
            await DisplayAlert("Error", "Name is required", "OK");
            return;
        }

        _users.Add(new User(_users.Count + 1, name, $"{name}@example.com"));
        ItemsView.ItemsSource = null;
        ItemsView.ItemsSource = _users;
        NameEntry.Text = string.Empty;
    }

    private async void LoadUsers()
    {
        var apiService = new ApiService();
        var users = await apiService.GetUsersAsync();
        _users.AddRange(users);
        ItemsView.ItemsSource = _users;
    }
}

Code-behind MainPage успадковує ContentPage. InitializeComponent() завантажує XAML-розмітку. NameEntry.Text?.Trim() — null-conditional оператор (?.) для безпечного доступу. DisplayAlert — нативний діалог. ItemsView.ItemsSource — Binding до колекції. async/await для асинхронного завантаження. Патерн MVVM (Model-View-ViewModel) рекомендується для складних проєктів.

C# у мобільній розробці

Мобільна розробка на C# пропонує три підходи: .NET MAUI (кроссплатформний UI), Xamarin (легасі) та Unity (ігри). .NET MAUI — рекомендований шлях для нових проєктів. Застосунок на C# компілюється в Intermediate Language (IL), який NativeAOT (.NET MAUI) або Mono (Xamarin) перетворюють на нативний ARM-код. iOS вимагає AOT-компіляції — JIT заборонений політиками Apple.

Доступ до нативних API

.NET MAUI надає єдині API для роботи з платформенними можливостями через інтерфейси: IAccelerometer, IBarometer, IBattery, IConnectivity, IDeviceInfo, IFilePicker, IGeolocation, IMediaPicker, IPermissions, ISpeechRecognizer, IVibration. Для платформенно-специфічного коду використовується умовна компіляція (#if ANDROID, #if IOS) або частковий клас.

// Геолокація в .NET MAUI з DI
public class LocationService
{
    private readonly IGeolocation _geolocation;

    public LocationService(IGeolocation geolocation)
    {
        _geolocation = geolocation;
    }

    public async Task<Location?> GetCurrentLocation()
    {
        try
        {
            var permission = await CheckAndRequestPermission();
            if (permission != PermissionStatus.Granted)
                return null;

            var location = await _geolocation.GetLastKnownLocationAsync();

            if (location == null)
            {
                location = await _geolocation.GetLocationAsync(new GeolocationRequest
                {
                    DesiredAccuracy = GeolocationAccuracy.Medium,
                    Timeout = TimeSpan.FromSeconds(10)
                });
            }

            return location;
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Debug.WriteLine($"Помилка розташування: {ex.Message}");
            return null;
        }
    }

    private async Task<PermissionStatus> CheckAndRequestPermission()
    {
        var status = await Permissions.CheckStatusAsync<Permissions.LocationWhenInUse>();

        if (status != PermissionStatus.Granted)
        {
            status = await Permissions.RequestAsync<Permissions.LocationWhenInUse>();
        }

        return status;
    }
}

Сервіс LocationService використовує DI (впровадження залежності IGeolocation). CheckAndRequestPermission перевіряє та запитує дозвіл геолокації. GetLastKnownLocationAsync — швидка (не завжди точна) відповідь, GetLocationAsync — запит з параметрами точності та таймауту. null-перевірки (location == null) з nullable reference types. try-catch обробляє винятки платформи.

Продуктивність C# на мобільних

C# на мобільних пристроях показує продуктивність, порівнянну з Java/Kotlin на Android та Swift на iOS. NativeAOT (.NET 8+) компілює C# одразу в нативний код без IL-проміжного етапу — це зменшує час запуску на 50% та знижує споживання пам'яті. GC у .NET MAUI оптимізований для мобільних платформ з короткими паузами (Workstation GC). Розмір APK — ~20-30 МБ (з NativeAOT).

Платформа .NET та CLR

Платформа .NET — екосистема для виконання керованого коду, що включає CLR (Common Language Runtime), BCL (Base Class Library), ASP.NET Core для серверної розробки та .NET MAUI для мобільних застосунків. .NET 8+ — єдина платформа для всіх типів застосунків: мобільні, десктопні, веб, хмарні, IoT, ігри (Unity).

CLR — віртуальна машина, що виконує код CIL (Common Intermediate Language). C#, VB.NET, F# компілюються в CIL. JIT-компілятор CLR перетворює CIL в машинний код при першому виклику методу. NativeAOT (попередня компіляція) компілює CIL в нативний код на етапі збірки — ідеально для мобільних платформ, де JIT може бути обмежений (iOS).

Збирач сміття GC .NET — поколіннєвий (покоління 0, 1, 2), автоматично звільняє невикористовувані об'єкти. Для мобільних застосунків рекомендується Workstation GC з мінімальними паузами. GC відбувається в окремому потоці, не блокуючи UI-потік. Background GC — фоновий збирач, що мінімізує паузи для інтерактивних застосунків.

Інструменти C# розробника

Інструменти C# розробника включають Visual Studio, .NET SDK, dotnet CLI, NuGet, JetBrains Rider. Visual Studio 2022 — основна IDE з дизайнером XAML, відладчиком керованого та нативного коду, профілювальником CPU/пам'яті. .NET SDK включає компілятор csc, dotnet CLI (dotnet new, dotnet build, dotnet publish, dotnet test).

NuGet — менеджер пакетів .NET, аналогічний npm для JS. 300 000+ пакетів, включаючи CommunityToolkit.Maui (UI-компоненти), SQLite-net (БД), Firebase Cloud Messaging, ZXing.Net.Maui (QR-коди). .NET MAUI Community Toolkit — набір поведінок, конвертерів, анімацій для прискорення розробки. RestSharp та Refit — HTTP-клієнти. Prism та MVVM Community Toolkit — архітектурні фреймворки.

<!-- .csproj — конфігурація проєкту .NET MAUI -->
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <PropertyGroup>
    <TargetFrameworks>net8.0-android;net8.0-ios;net8.0-maccatalyst</TargetFrameworks>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <UseMaui>true</UseMaui>
    <ApplicationTitle>MyMAUIApp</ApplicationTitle>
    <ApplicationId>com.example.mymauiapp</ApplicationId>
  </PropertyGroup>

  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="CommunityToolkit.Maui" Version="9.0.0" />
    <PackageReference Include="sqlite-net-pcl" Version="1.9.172" />
    <PackageReference Include="Refit" Version="7.0.0" />
  </ItemGroup>

</Project>

Файл .csproj — конфігурація проєкту .NET MAUI. TargetFrameworks перераховує цільові платформи. UseMaui вмикає MAUI SDK. PackageReference — залежності з NuGet. CommunityToolkit.Maui — UI-компоненти (тости, снєкбари, Popup). sqlite-net-pcl — локальна БД. Refit — типізований HTTP-клієнт на основі інтерфейсів. dotnet build/publish збирає застосунок для всіх платформ.