C# 9.0 特性备忘录

顶级语句

顶级语句可以删除程序中不必要的代码, 以最简单的 Hello, world! 为例:

using System;

namespace HelloWorld {

    class Program {

        static void Main(string[] args) {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }
}

如果使用顶级语句的话, 可以简化为:

using System;

Console.WriteLine("Hello World!");

如果不使用 using , 还可以更加简化:

System.Console.WriteLine("Hello World!");

顶级语句在很多命令行程序、小工具程序中会非常有用, 对应用程序的作用域或者复杂程度没有任何限制。

注意, 一个程序中, 只能有一个文件使用顶级语句, 并且顶级语句必须位于命名空间或类型定义之前!

弃元参数

在 lambda 表达式或者匿名函数中如果要忽略某个参数, 可以用 _ 代替。

var button = new Button("Click Me!");

button.Click += (_, e) => { /* other code goes here. */ };

仅初始化设置器 (Init only setters)

创建只能通过对象初始化进行赋值的属性。

public class InitDemo {
    public string Start { get; init; }
    public string Stop { get; init; }
}

// initDemo.Start = "Now"; // Error
// initDemo.End = "Tomorrow"; // Error

var initDemo = new InitDemo {
    Start = "Now",
    Stop = "Tomorrow"
};

记录类型 (Record)

记录类型, 是一种引用类型, 默认是不可变的。 记录类型的相等判断可以通过引用或者结构进行判断的。

// 默认不可变的记录类型
public record Person(string Name, int Age);
// 可变记录类型
public record MutablePerson(string Name, int Age) {
    public string Name { get; set; } = Name;
    public int Age { get; set; } = Age;
}

var person1 = new Person("Zhimin Zhang", 40);
var person2 = new Person("Zhimin Zhang", 40);

Console.WriteLine(person1 == person2);   // True 结构相同
Console.WriteLine(person1.Equals(person2)); // True 结构相同
Console.WriteLine(ReferenceEquals(person1, person2)); // False, 引用不同

// 改变默认的记录! --> 创建一个新的记录。
var person3 = person1 with { Age = 43 };
Console.WriteLine(person3 == person1); // False 结构不同

// 解构 (Destruct) 一个记录, 将记录的属性提取为本地变量
var (name, age) = person3;

var person4 = new MutablePerson("Zhimin zhang", 40);
person4.Age = 43;

var person5 = new Citizen("Zhimin Zhang", 40, "China");
Console.WriteLine(person1 == person5);

// 记录类型也可以被继承
public record Citizen(string Name, int Age, string Country) : Person(Name, Age);
var citizen = new Citizen("Zhimin Zhang", 40, "China");
Console.WriteLine(person1 == citizen); // False 类型不同;
  • 优点:记录类型是轻量级的不可变类型,可以减少大量的代码, 可以按照结构和引用进行比较;
  • 缺点:需要实例化大量的对象;

如果要更加深入的学习记录类型, 请查看微软的官方文档 exploration of records

模式匹配增强

C# 9 包含了一些新的模式匹配增强:

  • Type patterns 类型匹配,判断一个变量的类型

    object obj = new int();
    var type = obj switch {
        string => "string",
        int => "int",
        _ => "obj"
    };
    Console.WriteLine(type); // int
    
  • Relational patterns 关系匹配

    // Relational patterns
    var person1 = new Person("Zhimin Zhang", 40);
    var inRange = person1 switch {
        (_, < 18) => "less than 18",
        (_, > 18) => "greater than 18",
        (_, 18) => "18 years old!"
    };
    Console.WriteLine(inRange); // greater than 18
    
  • Conjunctive and patterns 逻辑与匹配

    // And pattern
    var person1 = new Person("Zhimin Zhang", 40);
    var ageInRange = person1 switch {
        (_, < 18) => "less than 18",
        ("Zhang Zhimin", _) and (_, >= 18) => "Zhimin Zhang is greater than 18"
    };
    Console.WriteLine(ageInRange); // Zhimin Zhang is greater than 18
    
  • Disjunctive or patterns 逻辑或匹配

    // Or pattern
    var person1 = new Person("Zhimin Zhang", 40);
    var ageInRange = person1 switch {
        (_, < 18) => "less than 18",
        (_, 18) or (_, > 18) => "18 or greater"
    };
    Console.WriteLine(ageInRange); // 18 or greater
    
  • Negated not patterns 逻辑非匹配

    // Not pattern
    var person1 = new Person("Zhimin Zhang", 40);
    var meOrNot = person1 switch {
        not ("Zhimin Zhang", 40) => "Not me!",
        _ => "Me :-)"
    };
    Console.WriteLine(meOrNot); // Me :-)
    
  • Parenthesized patterns 带括号的优先级匹配

    // Parenthesized patterns
    var is10 = new IsNumber(true, 10);
    var n10 = is10 switch {
        ((_, > 1 and < 5) and (_, > 5 and < 9)) or (_, 10) => "10",
        _ => "not 10"
    };
    Console.WriteLine(n10); // 10
    

注意, 如果没有匹配到全部的情况, 将会出现异常。

新的初始化表达式

在C#9.0中,当已创建对象的类型已知时,可以在new表达式中省略该类型。

public class MyClass {
    private List<WeatherObservation> _observations = new();
}

Point p = new(1, 1);
Dictionary<string, int> dict = new();

Point[] points = { new(1, 1), new (2, 2), new (3, 3) };
var list = new List<Point> {
    new(1, 1), new(2, 2), new(3, 3)
};
  • 优点: 可以让代码更加简洁;
  • 缺点: 某些情况下会让代码更难理解;

目标类型条件表达式

可以隐式转换 null 值, 在 C#9.0 中得到了增强。

void TestMethod(int[] list, uint? u) {
    int[] x = list ?? new int[0];
    var l = u ?? -1u;
}

GetEnumerator 扩展

可以为任意类型添加一个 GetEnumerator<T> 扩展, 返回一个 IEnumerator<T> 或者 IAsyncEnumerator<T> 实例, 从而在 foreach 循环中使用。

public static class Extensions {
    public static IEnumerator<T> GetEnumerator<T>(this IEnumerator<T> enumerator) => enumerator;
}

IEnumerator<string> enumerator = new Collection<string> {
    "A", "B", "C"
}.GetEnumerator();

foreach (var item in enumerator) {
    Console.WriteLine(item);
}

在本地函数上添加标记

允许在本地函数上添加标记。

static void Main(string[] args) {
  
  [Conditional("DEBUG")]
  static void DoSomething([NotNull] string test) {
    Console.WriteLine("Do it!");
  }
  
  DoSomething("Doing!");
}

分部方法扩展

在C#9.0中,移除了分部方法的几个限制:

  1. 必须具有 void 返回类型。
  2. 不能具有 out 参数。
  3. 不能具有任何可访问性(隐式 private )。
partial class Doing {
  internal partial bool DoSomething(string s, out int i);
}

partial class Doing {
  internal partial bool DoSomething(string s, out int i) {
    i = 0;
    return true;
  }
}

静态 lambda 表达式

从 C#9.0 开始,可以将 static 修饰符添加到 lambda 表达式匿名方法 。静态 lambda 表达式类似于 static 局部函数:静态lambda或匿名方法无法捕获局部变量或实例状态。 所述 static 可以防止意外捕获其他变量。

lambda 表达式会捕获上下文的变量,不仅会有性能的问题,而且还可能出现错误,比如:

int number = 0;

Func<string> toString = () => number.ToString(); // number 被自动捕获进 toString 函数中

可以在 lambda 表达式前添加 static 关键字, 来解决这个问题:

int number = 0;
Func<string> toString = static () => number.ToString(); // 这里无法再使用 number ;

模块初始化代码

可以使用 ModuleInitializerAttribute 为组件 (assembly) 定义初始化代码, 当初始化/加载时执行, 可以类比类的静态构造函数, 但是是组件级别的, 要求如下:

  • 必须是静态的、无参数的、无返回值的方法;
  • 不能是范型方法,也不能包含在范型类中;
  • 不能是私有函数,必须是公开 (public) 或者内部 (internal) 的函数;
[ModuleInitializer]
public static void DoSomethingBeforeMain() {
    Console.WriteLine(Huhu);
}

协变返回类型

协变返回类型为重写方法的返回类型提供了灵活性。覆盖方法可以返回从覆盖的基础方法的返回类型派生的类型。这对于记录和其他支持虚拟克隆或工厂方法的类型很有用。 比如:

public virtual Person GetPerson() { return new Person(); }

public override Person GetPerson() { return new Student(); }

在 C# 9.0 中, 可以在子类中返回更加详细的类型:

public virtual Person GetPerson() { return new Person(); }

public Student Person GetPerson() { return new Student(); }

原生整数类型

C#9 添加了两个新的整数类型 (nintnunit) , 依赖宿主机以及编译设定。

nint nativeInt = 55;
Console.WriteLine(nint.MaxValue);

// 在 x86 平台上, 输出为 2147483647

// 在 x64 平台上, 输出为 9223372036854775807
  • 优点:可以更好的兼容原生API;
  • 缺点:缺失平台无关性;

跳过本地初始化 (SkipLocalInit)

在 C#9.0 中,可以使用 SkipLocalsInitAttribute 来告知编译器不要发射 (Emit) .locals init 标记。

[System.Runtime.CompilerServices.SkipLocalsInit]
static unsafe void DemoLocalsInit() {
    int x;
    // 注意, x 没有初始化, 输出结果不确定;
    Console.WriteLine(*&x);
}
  • 优点:跳过本地初始化可以提升程序的性能;
  • 缺点:性能的影响通常不大,建议只在极端情况下才使用这个;

函数指针

使用 delegate* 可以声明函数指针。

unsafe class FunctionPointer {
  static int GetLength(string s) => s.Length;
  delegate*<string, int> functionPointer = &GetLength;
}

public void Test() {
  Console.WriteLine(functionPointer("test")); // 4;
}