C# 语言介绍

C# 教程 - 概述 | Microsoft Learnhttps://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/tour-of-csharp/

目录

.NET 体系结构

Hello world

类型和变量

程序结构

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C#（读作“See Sharp”）是一种新式编程语言，不仅面向对象，还类型安全。 开发人员利用 C# 能够生成在 .NET 中运行的多种安全可靠的应用程序。 C# 源于 C 语言系列，C、C++、Java 和 JavaScript 程序员很快就可以上手使用。 本教程概述了 C# 8 及更高版本中该语言的主要组件。 如果想要通过交互式示例探索语言，请尝试?C# 简介教程。

C# 是面向对象的、面向组件的编程语言。 C# 提供了语言构造来直接支持这些概念，让 C# 成为一种非常自然的语言，可用于创建和使用软件组件。 自诞生之日起，C# 就添加了支持新工作负载和新兴软件设计实践的功能。 C# 本质上是面向对象的语言。 你需要定义类型及其行为。

多项 C# 功能有助于创建可靠且持久的应用程序。?垃圾回收自动回收不可访问的未用对象所占用的内存。 可以为 null 的类型可防范不引用已分配对象的变量。 异常处理提供了一种结构化且可扩展的方法来进行错误检测和恢复。 Lambda 表达式支持函数编程技术。 语言集成查询 (LINQ) 语法创建一个公共模式，用于处理来自任何源的数据。 异步操作语言支持提供用于构建分布式系统的语法。 C# 有统一类型系统。 所有 C# 类型（包括?int?和?double?等基元类型）均继承自一个根?object?类型。 所有类型共用一组通用运算。 任何类型的值都可以一致地进行存储、传输和处理。 此外，C# 还支持用户定义的引用类型和值类型。 C# 允许动态分配轻型结构的对象和内嵌存储。 C# 支持泛型方法和类型，因此增强了类型安全性和性能。 C# 可提供迭代器，使集合类的实现者可以定义客户端代码的自定义行为。

C# 强调版本控制，以确保程序和库以兼容方式随时间推移而变化。 C# 设计中受版本控制加强直接影响的方面包括：单独的?virtual?和?override?修饰符，关于方法重载决策的规则，以及对显式接口成员声明的支持。

.NET 体系结构

C# 程序在 .NET 上运行，而 .NET 是名为公共语言运行时 (CLR) 的虚执行系统和一组类库。 CLR 是 Microsoft 对公共语言基础结构 (CLI) 国际标准的实现。 CLI 是创建执行和开发环境的基础，语言和库可以在其中无缝地协同工作。

用 C# 编写的源代码被编译成符合 CLI 规范的中间语言 (IL)。 IL 代码和资源（如位图和字符串）存储在扩展名通常为 .dll 的程序集中。 程序集包含一个介绍程序集的类型、版本和区域性的清单。

执行 C# 程序时，程序集将加载到 CLR。 CLR 会直接执行实时 (JIT) 编译，将 IL 代码转换成本机指令。 CLR 可提供其他与自动垃圾回收、异常处理和资源管理相关的服务。 CLR 执行的代码有时称为“托管代码”。而“非托管代码”被编译成面向特定平台的本机语言。

语言互操作性是 .NET 的一项重要功能。 C# 编译器生成的 IL 代码符合公共类型规范 (CTS)。 通过 C# 生成的 IL 代码可以与通过 .NET 版本的 F#、Visual Basic、C++ 生成的代码进行交互。 还有 20 多种与 CTS 兼容的语言。 单个程序集可包含多个用不同 .NET 语言编写的模块。 这些类型可以相互引用，就像它们是用同一种语言编写的一样。

除了运行时服务之外，.NET 还包含大量库。 这些库支持多种不同的工作负载。 它们已整理到命名空间中，这些命名空间提供各种实用功能。 这些功能包括文件输入输出、字符串控制、XML 分析、Web 应用程序框架和 Windows 窗体控件。 典型的 C# 应用程序广泛使用 .NET 类库来处理常见的“管道”零碎工作。

有关 .NET 的详细信息，请参阅?.NET 概述。

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：

using System;

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

“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。

“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。 按照约定，Main?静态方法是 C# 程序的入口点。

程序的输出是由?System?命名空间中?Console?类的?WriteLine?方法生成。 此类由标准类库提供。默认情况下，编译器会自动引用标准类库。

类型和变量

类型定义 C# 中的任何数据的结构和行为。 类型的声明可以包含其成员、基类型、它实现的接口和该类型允许的操作。 变量是用于引用特定类型的实例的标签。

C# 有两种类型：值类型和引用类型。 值类型的变量直接包含它们的数据。 引用类型的变量存储对数据（称为“对象”）的引用。 对于引用类型，两个变量可以引用同一个对象；对一个变量执行的运算可能会影响另一个变量引用的对象。 借助值类型，每个变量都有自己的数据副本；因此，对一个变量执行的运算不会影响另一个变量（ref?和?out?参数变量除外）。

标识符是变量名称。 标识符是不包含任何空格的 unicode 字符序列。 如果标识符的前缀为?@，则该标识符可以是 C# 保留字。 在与其他语言交互时，使用保留字作为标识符很有用。

C# 的值类型进一步分为：简单类型、枚举类型、结构类型、可以为 null 的值类型和元组值类型。 C# 引用类型又细分为类类型、接口类型、数组类型和委托类型。

以下大纲概述了 C# 的类型系统。

• 值类型
  • 简单类型
    • 有符号整型：sbyte、short、int、long
    • 无符号整型：byte、ushort、uint、ulong
    • Unicode 字符：char，表示 UTF-16 代码单元
    • IEEE 二进制浮点：float、double
    • 高精度十进制浮点数：decimal
    • 布尔值：bool，表示布尔值（true?或?false）
  • 枚举类型
    • enum E {...}?格式的用户定义类型。?enum?类型是一种包含已命名常量的独特类型。 每个?enum?类型都有一个基础类型（必须是八种整型类型之一）。?enum?类型的值集与基础类型的值集相同。
  • 结构类型
    • 格式为?struct S {...}?的用户定义类型
  • 可以为 null 的值类型
    • 值为?null?的其他所有值类型的扩展
  • 元组值类型
    • 格式为?(T1, T2, ...)?的用户定义类型
• 引用类型
  • 类类型
    • 其他所有类型的最终基类：object
    • Unicode 字符串：string，表示 UTF-16 代码单元序列
    • 格式为?class C {...}?的用户定义类型
  • 接口类型
    • 格式为?interface I {...}?的用户定义类型
  • 数组类型
    • 一维、多维和交错。 例如：int[]、int[,]?和?int[][]
  • 委托类型
    • 格式为?delegate int D(...)?的用户定义类型

C# 程序使用类型声明创建新类型。 类型声明指定新类型的名称和成员。 用户可定义以下六种 C# 类型：类类型、结构类型、接口类型、枚举类型、委托类型和元组值类型。 还可以声明?record?类型（record struct?或?record class）。 记录类型具有编译器合成成员。 记录主要用于存储值，关联行为最少。

• class?类型定义包含数据成员（字段）和函数成员（方法、属性及其他）的数据结构。 类类型支持单一继承和多形性，即派生类可以扩展和专门针对基类的机制。
• struct?类型定义包含数据成员和函数成员的结构，这一点与类类型相似。 不过，与类不同的是，结构是值类型，通常不需要进行堆分配。 结构类型不支持用户指定的继承，并且所有结构类型均隐式继承自类型?object。
• interface?类型将协定定义为一组已命名的公共成员。 实现?interface?的?class?或?struct?必须提供接口成员的实现代码。?interface?可以继承自多个基接口，class?和?struct?可以实现多个接口。
• delegate?类型表示引用包含特定参数列表和返回类型的方法。 通过委托，可以将方法视为可分配给变量并可作为参数传递的实体。 委托类同于函数式语言提供的函数类型。 它们还类似于其他一些语言中存在的“函数指针”概念。 与函数指针不同，委托是面向对象且类型安全的。

class、struct、interface?和?delegate?类型全部都支持泛型，因此可以使用其他类型对它们进行参数化。

C# 支持任意类型的一维和多维数组。 与上述类型不同，数组类型无需先声明即可使用。 相反，数组类型是通过在类型名称后面添加方括号构造而成。 例如，int[]?是?int?类型的一维数组，int[,]?是?int?类型的二维数组，int[][]?是由?int?类型的一维数组或“交错”数组构成的一维数组。

可以为 null 的类型不需要单独定义。 对于所有不可以为 null 的类型?T，都有对应的可以为 null 的类型?T?，后者可以包含附加值?null。 例如，int??是可保存任何 32 位整数或?null?值的类型，string??是可以保存任何?string?或?null?值的类型。

C# 采用统一的类型系统，因此任意类型的值都可视为?object。 每种 C# 类型都直接或间接地派生自?object?类类型，而?object?是所有类型的最终基类。 只需将值视为类型?object，即可将引用类型的值视为对象。 通过执行装箱和取消装箱操作，可以将值类型的值视为对象。 在以下示例中，int?值被转换成?object，然后又恢复成?int。

int i = 123;
object o = i;    // Boxing
int j = (int)o;  // Unboxing

将值类型的值分配给?object?对象引用时，会分配一个“箱”来保存此值。 该箱是引用类型的实例，此值会被复制到该箱。 相反，当?object?引用被显式转换成值类型时，将检查引用的?object?是否是具有正确值类型的箱。 如果检查成功，则会将箱中的值复制到值类型。

C# 的统一类型系统实际上意味着“按需”将值类型视为?object?引用。鉴于这种统一性，使用类型?object?的常规用途库可以与派生自?object?的所有类型结合使用，包括引用类型和值类型。

C# 有多种变量，其中包括字段、数组元素、局部变量和参数。 变量表示存储位置。 每个变量都具有一种类型，用于确定可以在变量中存储哪些值，如下文所述。

• 不可以为 null 的值类型
  • 具有精确类型的值
• 可以为 null 的值类型
  • null?值或具有精确类型的值
• object
  • null?引用、对任意引用类型的对象的引用，或对任意值类型的装箱值的引用
• 类类型
  • null?引用、对类类型实例的引用，或对派生自类类型的类实例的引用
• 接口类型
  • null?引用、对实现接口类型的类类型实例的引用，或对实现接口类型的值类型的装箱值的引用
• 数组类型
  • null?引用、对数组类型实例的引用，或对兼容的数组类型实例的引用
• 委托类型
  • null?引用或对兼容的委托类型实例的引用

程序结构

C# 中的关键组织结构概念包括程序、命名空间、类型、成员和程序集。 程序声明类型，而类型则包含成员，并被整理到命名空间中。 类型示例包括类、结构和接口。 成员示例包括字段、方法、属性和事件。 编译完的 C# 程序实际上会打包到程序集中。 程序集的文件扩展名通常为?.exe?或?.dll，具体视其分别实现的是应用程序还是库而定。

作为一个小示例，请考虑包含以下代码的程序集：

namespace Acme.Collections;

public class Stack<T>
{
    Entry _top;

    public void Push(T data)
    {
        _top = new Entry(_top, data);
    }

    public T Pop()
    {
        if (_top == null)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }
        T result = _top.Data;
        _top = _top.Next;

        return result;
    }

    class Entry
    {
        public Entry Next { get; set; }
        public T Data { get; set; }

        public Entry(Entry next, T data)
        {
            Next = next;
            Data = data;
        }
    }
}

此类的完全限定的名称为?Acme.Collections.Stack。 此类包含多个成员：一个?_top?字段、两个方法（Push?和?Pop）和一个?Entry?嵌套类。?Entry?类还包含三个成员：一个名为?Next?的属性、一个名为?Data?的属性和一个构造函数。?Stack?是泛型类。 它具有一个类型参数?T，在使用时替换为具体类型。

堆栈是一个“先进后出”(FILO) 集合。 添加到堆栈顶部的新元素。 删除元素时，将从堆栈顶部删除该元素。 前面的示例声明定义堆栈的存储和行为的?Stack?类型。 可以声明一个引用?Stack?类型的实例的变量来使用该功能。

程序集包含中间语言 (IL) 指令形式的可执行代码和元数据形式的符号信息。 执行前，.NET 公共语言运行时的实时 (JIT) 编译器会将程序集中的 IL 代码转换为特定于处理器的代码。

由于程序集是包含代码和元数据的自描述功能单元，因此无需在 C# 中使用?#include?指令和头文件。 只需在编译程序时引用特定的程序集，即可在 C# 程序中使用此程序集中包含的公共类型和成员。 例如，此程序使用?acme.dll?程序集中的?Acme.Collections.Stack?类：

class Example
{
    public static void Main()
    {
        var s = new Acme.Collections.Stack<int>();
        s.Push(1); // stack contains 1
        s.Push(10); // stack contains 1, 10
        s.Push(100); // stack contains 1, 10, 100
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1, 10
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack is empty
    }
}

若要编译此程序，需要引用包含前面示例中定义的堆栈类的程序集。

C# 程序可以存储在多个源文件中。 在编译 C# 程序时，将同时处理所有源文件，并且源文件可以自由地相互引用。 从概念上讲，就好像所有源文件在被处理之前都连接到一个大文件。 在 C# 中永远都不需要使用前向声明，因为声明顺序无关紧要（极少数例外情况除外）。 C# 并不限制源文件只能声明一种公共类型，也不要求源文件的文件名必须与其中声明的类型相匹配。