C# 语言介绍

项目
05/09/2024

C# 语言是适用于 .NET 平台（免费的跨平台开源开发环境）的最流行语言。 C# 程序可以在许多不同的设备上运行，从物联网 (IoT) 设备到云以及介于两者之间的任何设备。可为手机、台式机、笔记本电脑和服务器编写应用。

C# 是一种跨平台的通用语言，可以让开发人员在编写高性能代码时提高工作效率。 C# 是数百万开发人员中最受欢迎的 .NET 语言。 C# 在生态系统和所有 .NET 工作负载中具有广泛的支持。基于面向对象的原则，它融合了其他范例中的许多功能，尤其是函数编程。低级功能支持高效方案，无需编写不安全的代码。大多数 .NET 运行时和库都是用 C# 编写的，C# 的进步通常会使所有 .NET 开发人员受益。

Hello world

“Hello, World”程序历来都用于介绍编程语言。下面展示了此程序的 C# 代码：

// This line prints "Hello, World" 
Console.WriteLine("Hello, World");

以 // 开头的行是单行注释。 C# 单行注释以 // 开头，持续到当前行的末尾。 C# 还支持多行注释。多行注释以 /* 开头，以 */ 结尾。 System 命名空间中的 Console 类的 WriteLine 方法生成程序的输出。此类由标准类库提供，默认情况下，每个 C# 程序中会自动引用这些库。

以上示例显示了“Hello，World”程序的一个窗体，其中使用了顶级语句。早期版本的 C# 要求在方法中定义程序的入口点。此格式仍然有效，你将在许多现有 C# 示例中看到它。你也应该熟悉此窗体，如以下示例所示：

using System;

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

此版本显示了在程序中使用的构建基块。 “Hello, World”程序始于引用 System 命名空间的 using 指令。命名空间提供了一种用于组织 C# 程序和库的分层方法。命名空间包含类型和其他命名空间。例如，System 命名空间包含许多类型（如程序中引用的 Console 类）和其他许多命名空间（如 IO 和 Collections）。借助引用给定命名空间的 using 指令，可以非限定的方式使用作为相应命名空间成员的类型。由于使用 using 指令，因此程序可以使用 Console.WriteLine 作为 System.Console.WriteLine 的简写。在前面的示例中，该命名空间是隐式包含的。

“Hello, World”程序声明的 Hello 类只有一个成员，即 Main 方法。 Main 方法使用 static 修饰符进行声明。实例方法可以使用关键字 this 引用特定的封闭对象实例，而静态方法则可以在不引用特定对象的情况下运行。按照惯例，当没有顶级语句时，名为 Main 的静态方法将充当 C# 程序的入口点。

这两个入口点窗体生成等效的代码。使用顶级语句时，编译器会合成程序入口点的包含类和方法。

提示

本文中的示例帮助你初步了解 C# 代码。某些示例可能会显示你不熟悉的 C# 元素。当准备好学习 C# 时，请从我们的初学者教程开始，或通过每个部分中的链接学习深度知识。如果你拥有 Java、JavaScript、TypeScript 或 Python 方面的经验，请阅读我们的提示，其中提供了快速学习 C# 所需的信息。

熟悉的 C# 功能

C# 对于初学者而言很容易上手，但同时也为经验丰富的专业应用程序开发人员提供了高级功能。你很快就能提高工作效率。你可以根据应用程序的需要学习更专业的技术。

C# 应用受益于 .NET 运行时的自动内存管理。 C# 应用还可以使用 .NET SDK 提供的丰富运行时库。有些组件独立于平台，例如文件系统库、数据集合与数学库。还有一些组件特定于单个工作负载，例如 ASP.NET Core Web 库或 .NET MAUI UI 库。 NuGet 的丰富开源生态系统增强了作为运行时一部分的库。这些库提供更多可用的组件。

C# 属于 C 语言家族。如果你使用过 C、C++、JavaScript 或 Java，那么也会熟悉 C# 语法。与 C 语言家族中的所有语言一样，分号 (;) 定义语句的结束。 C# 标识符区分大小写。 C# 同样使用大括号（{ 和 }）、控制语句（例如 if、else 和 switch）以及循环结构（例如 for 和 while）。 C# 还具有适用于任何集合类型的 foreach 语句。

C# 是一种强类型语言。声明的每个变量都有一个在编译时已知的类型。编译器或编辑工具会告诉你是否错误地使用了该类型。可以在运行程序之前修复这些错误。以下基础数据类型内置于语言和运行时中：值类型（例如 int、double、char）、引用类型（例如 string）、数组和其他集合。编写程序时，你会创建自己的类型。这些类型可以是值的 struct 类型，也可以是定义面向对象的行为的 class 类型。可以将 record 修饰符添加到 struct 或 class 类型，以便编译器合成用于执行相等性比较的代码。还可以创建 interface 定义，用于定义实现该接口的类型必须提供的协定或一组成员。还可以定义泛型类型和方法。泛型使用类型参数为使用的实际类型提供占位符。

编写代码时，可以将函数（也称为方法）定义为 struct 和 class 类型的成员。这些方法定义类型的行为。可以使用不同数量或类型的参数来重载方法。方法可以选择性地返回一个值。除了方法之外，C# 类型还可以带有属性，即由称作访问器的函数支持的数据元素。 C# 类型可以定义事件，从而允许类型向订阅者通知重要操作。 C# 支持面向对象的技术，例如 class 类型的继承和多形性。

C# 应用使用异常来报告和处理错误。如果你使用过 C++ 或 Java，则也会熟悉这种做法。当无法执行预期的操作时，代码会引发异常。其他代码（无论位于调用堆栈上面的多少个级别）可以选择性地使用 try - catch 块进行恢复。

独特的 C# 功能

你可能不太熟悉 C# 的某些元素。语言集成查询 (LINQ) 提供一种基于模式的通用语法来查询或转换任何数据集合。 LINQ 统一了查询内存中集合、结构化数据（例如 XML 或 JSON）、数据库存储，甚至基于云的数据 API 的语法。你只需学习一套语法即可搜索和操作数据，无论其存储在何处。以下查询查找平均学分大于 3.5 的所有学生：

var honorRoll = from student in Students
                where student.GPA > 3.5
                select student;

上面的查询适用于 Students 表示的许多存储类型。它可以是对象的集合、数据库表、云存储 Blob 或 XML 结构。相同的查询语法适用于所有存储类型。

使用基于任务的异步编程模型，可以编写看起来像是同步运行的代码，即使它是异步运行的。它利用 async 和 await 关键字来描述异步方法，以及表达式何时进行异步计算。以下示例等待异步 Web 请求。异步操作完成后，该方法返回响应的长度：

public static async Task<int> GetPageLengthAsync(string endpoint)
{
    var client = new HttpClient();
    var uri = new Uri(endpoint);
    byte[] content = await client.GetByteArrayAsync(uri);
    return content.Length;
}

C# 还支持使用 await foreach 语句来迭代由异步操作支持的集合，例如 GraphQL 分页 API。以下示例以块的形式读取数据，并返回一个迭代器，该迭代器提供对每个可用元素的访问：

public static async IAsyncEnumerable<int> ReadSequence()
{
    int index = 0;
    while (index < 100)
    {
        int[] nextChunk = await GetNextChunk(index);
        if (nextChunk.Length == 0)
        {
            yield break;
        }
        foreach (var item in nextChunk)
        {
            yield return item;
        }
        index++;
    }
}

调用方可以使用 await foreach 语句迭代该集合：

await foreach (var number in ReadSequence())
{
    Console.WriteLine(number);
}

C# 提供模式匹配。这些表达式使你能够检查数据并根据其特征做出决策。模式匹配为基于数据的控制流提供了极好的语法。以下代码演示如何使用模式匹配语法来表达布尔 and、or 和 xor 运算的方法：

public static bool Or(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (true, false) => true,
        (false, true) => true,
        (false, false) => false,
    };

public static bool And(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (true, false) => false,
        (false, true) => false,
        (false, false) => false,
    };
public static bool Xor(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => false,
        (true, false) => true,
        (false, true) => true,
        (false, false) => false,
    };

可以通过对任何值统一使用 _ 来简化模式匹配表达式。以下示例演示如何简化 and 方法：

public static bool ReducedAnd(bool left, bool right) =>
    (left, right) switch
    {
        (true, true) => true,
        (_, _) => false,
    };

最后，作为 .NET 生态系统的一部分，你可以将 Visual Studio 或 Visual Studio Code 与 C# DevKit 配合使用。这些工具可以全方位地理解 C# 语言，包括你编写的代码。它们还提供调试功能。

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