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C# 教程 2024：拥抱最新特性与现代化实践

C# 作为微软生态系统中的核心语言，一直在不断演进，为开发者提供更高效、更简洁、更强大的编程体验。随着 .NET 8 (LTS) 和 C# 12 的发布，2024 年的 C# 开发迎来了许多令人兴奋的新特性和现代化实践。本文将深入探讨这些更新，并指导您如何在日常开发中加以利用。

C# 12 中的核心新特性

C# 12 带来了一系列语法糖和功能增强，旨在简化代码、提升性能并支持更高级的编程范式。

1. 主构造函数 (Primary Constructors)

主构造函数是 C# 12 最受欢迎的特性之一，它允许您在类或结构体声明时直接定义构造函数参数，并自动将这些参数作为私有字段存储。这极大地简化了类型声明，特别是对于简单的数据类或记录类型。

旧有方式:
“`csharp
public class Point
{
public int X { get; }
public int Y { get; }

public Point(int x, int y)
{
    X = x;
    Y = y;
}

}
“`

C# 12 新方式:
csharp
public class Point(int x, int y)
{
public int X { get; } = x;
public int Y { get; } = y;
}
// 或者配合 init-only set 简化
public class Point(int X, int Y);
此特性在 record 类型中尤其强大，因为 record 默认就支持位置参数，主构造函数使其更加自然。

2. 集合表达式 (Collection Expressions)

集合表达式提供了一种更简洁、更直观的方式来创建和初始化常见的集合类型，如数组、List<T>、Span<T> 等。它使用 [...] 语法，类似于 JavaScript 或 Python 中的数组字面量。

“`csharp
// 旧有方式
int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
List names = new List { “Alice”, “Bob” };

// C# 12 新方式
int[] numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
List names = [“Alice”, “Bob”];

// 可以与其他集合连接
int[] moreNumbers = [6, 7, 8];
int[] allNumbers = [..numbers, ..moreNumbers, 9, 10]; // 展开操作符 (spread operator)
“`
这使得集合的创建和拼接变得异常流畅，提升了代码的可读性。

3. 拦截器 (Interceptors)

拦截器是一个高级特性，主要面向库作者和工具开发者。它允许在编译时将特定的方法调用重定向到另一个方法。这在 AOP (面向切面编程) 场景、代码生成或诊断工具中非常有用。

注意: 这是一个非常底层的编译器特性，不建议普通应用程序开发者直接使用，因为它需要精确的编译时控制和理解。

4. 可选参数改进

C# 12 允许在 Lambda 表达式中为参数指定默认值，并改进了 params 数组的用法，使其可以在 Lambda 表达式和匿名方法中使用。

“`csharp
// Lambda 表达式中的默认参数
var greet = (string name = “World”) => $”Hello, {name}!”;
Console.WriteLine(greet()); // Output: Hello, World!
Console.WriteLine(greet(“C#”)); // Output: Hello, C#!

// params 可以在 Lambda 中使用
var sumAll = (params int[] numbers) => numbers.Sum();
Console.WriteLine(sumAll(1, 2, 3)); // Output: 6
“`

.NET 8 中的重要更新

C# 的发展总是与 .NET 平台紧密相连。.NET 8 作为最新的 LTS (长期支持) 版本，带来了性能、诊断、现代化应用开发和多平台支持的显著提升。

1. 性能大幅提升

.NET 8 在运行时（CLR）、JIT 编译器和 BCL (Base Class Library) 方面进行了大量优化，包括：
– JIT 改进: 更快的启动时间，更优化的代码生成。
– Native AOT (Ahead-Of-Time) 编译: 进一步完善，允许发布完全自包含的应用程序，无需运行时，启动更快，内存占用更低，尤其适用于微服务和容器化部署。
– GC 改进: 更低的延迟和更高的吞吐量。
– LINQ 性能: 许多 LINQ 方法得到了优化。

2. 现代化应用开发

  • ASP.NET Core: 支持 HTTP/3，最小 API 进一步增强，引入了更强大的路由和参数绑定。Blazor 统一为全栈框架，支持 Blazor Web App (服务器渲染、客户端互动、WebAssembly) 模式，并提供 Blazor Component 的服务器端渲染 (SSR) 能力，极大地提升了用户体验和开发效率。
  • .NET MAUI: 跨平台 UI 框架持续成熟，提供了更好的性能和更广泛的平台支持，让开发者能用 C# 编写一次代码，运行在 Windows, macOS, iOS, Android 上。
  • Entity Framework Core 8: 专注于性能、JSON 列支持、复杂类型映射等方面的改进。

3. 诊断与可观测性

  • Metrics API: .NET 8 提供了标准化的 Metrics API，可以更好地集成到 OpenTelemetry 等可观测性系统中，方便监控应用程序的运行时行为。
  • 新的诊断工具: 提升了在开发和生产环境中调试和分析应用的能力。

现代化 C# 实践

除了新特性，持续采用现代化实践是写出高质量 C# 代码的关键。

1. 使用 record 类型和主构造函数处理数据

对于仅包含数据的类型，优先使用 record 类型。结合 C# 12 的主构造函数，可以极大地简化代码，并自动获得值相等性、不可变性等优点。

csharp
public record Product(int Id, string Name, decimal Price);

2. 最小 API (Minimal APIs) 在 ASP.NET Core 中的应用

对于简单的 RESTful 服务或微服务，ASP.NET Core 的最小 API 是一个绝佳选择。它允许您在 Program.cs 文件中直接定义路由和处理程序，而无需控制器、Action 和模型绑定等传统 MVC 样板代码，从而实现更快的开发和更轻量级的服务。

“`csharp
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);
var app = builder.Build();

app.MapGet(“/”, () => “Hello World!”);
app.MapGet(“/products/{id}”, (int id) => Results.Ok(new Product(id, $”Product {id}”, 9.99m)));

app.Run();
“`

3. 异步编程 (Async/Await) 的深入理解与最佳实践

异步编程已成为现代 C# 应用的基石。确保您理解 async 和 await 的工作原理，并遵循以下最佳实践：
– 始终使用 async/await: 避免使用 .Result 或 .Wait() 来阻塞线程，这可能导致死锁和性能问题。
– 使用 ConfigureAwait(false): 在库代码中，如果不需要返回 UI 线程上下文，使用 ConfigureAwait(false) 可以避免死锁并提高性能。
– 取消令牌 (CancellationToken): 任何长时间运行的异步操作都应接受 CancellationToken 参数，以便可以优雅地取消操作。
– 异步流 (IAsyncEnumerable): 对于需要异步生成序列的场景，使用 IAsyncEnumerable<T> 配合 yield return 和 await foreach。

4. Nullable Reference Types (NRT) 的充分利用

从 C# 8 开始引入的 NRT 是一个强大的特性，用于在编译时捕获潜在的 NullReferenceException。在项目中启用 NRT (通过在 .csproj 文件中添加 <Nullable>enable</Nullable>)，并遵循相关的编码规范，可以显著提高代码的健壮性。

5. 依赖注入 (Dependency Injection)

在任何现代 C# 应用程序中，依赖注入都是推荐的实践。它提高了代码的可测试性、可维护性和模块化。ASP.NET Core 内置了强大的 DI 容器，而对于其他应用类型，也可以集成第三方库如 Autofac、Ninject 等。

6. 使用 Roslyn 分析器和代码修复

Visual Studio 和 Rider 内置了基于 Roslyn 编译器的强大分析器。利用这些工具来发现潜在的代码问题、遵循编码规范并自动应用代码修复。许多现代化实践都会通过这些分析器强制执行。

7. 性能优化意识

  • 选择合适的数据结构: List<T>、Dictionary<TKey, TValue> 等常见集合的性能特征。
  • 避免不必要的装箱/拆箱: 尤其是在循环中。
  • 使用 Span<T> 和 Memory<T>: 对于高性能场景，特别是处理大量内存数据时，这些类型提供了零拷贝和更安全的内存访问。
  • 基准测试: 使用 BenchmarkDotNet 等工具对关键代码路径进行性能测试，避免过早优化。

结论

2024 年的 C# 生态系统比以往任何时候都更加成熟和强大。C# 12 的新特性，如主构造函数和集合表达式，使得代码更加简洁和富有表现力。.NET 8 的性能提升和现代化应用开发能力，则为构建高性能、跨平台和可扩展的应用提供了坚实的基础。

作为 C# 开发者，持续学习和拥抱这些新特性与现代化实践，将使您能够编写出更优雅、更高效、更易于维护的代码，并充分利用 .NET 平台的最新优势。

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