如何掌握C#的核心技术

感谢网友毛大神制作的图。

引子

前不久看到一个段子，某年宁波交警引进人脸识别技术抓拍行人闯红灯，结果一天下来被发现闯红灯次数最多的是珠海女子董小姐，日闯红灯3000多次。宁波交警连夜研究抓捕方案，最后分析发现，原来是大巴车上的某掌握核心的产品广告被错误识别了。

这家自称掌握了核心的制造企业，虽然并非每个产品都卖座，但这样的广告词确实也牢牢抓住了观众的眼球，简单明了的广告词，使产品具备更加鲜明的标签，形成了其独特的品牌形象。

最近，又看到某汽车制造大厂，虽然业绩不怎么样，但其董事长的眼界之高令人钦佩。在股东会上，有股东询问过去业绩不佳，是否有兴趣在无人驾驶技术上跟某民族品牌建立进一步合作关系时，这位董事长也毫不犹豫的回答到：

“不接受xx提供的无人驾驶整体解决方案，要将核心技术掌握在自己手中。“

至于这家公司是否真的掌握了核心技术，也许有读者作为该公司的产品用户，或汽车产业从业人员，或甚至是股东，可能比较清楚，小编比较菜，对这种核心技术不太了解。

但小编从这两个案例发现了一个现象，核心技术无论对于公司而言，还是对于个人而言，都是非常有价值的关键特性。一个掌握了核心技术的开发者，必然是脱离了低级趣味的专业开发者，在纷繁复杂的互联网时代面前，往往有更多机会凸显自己的才华，进而获得与自己实力相匹配的待遇水平。

毫无疑问，掌握C#的核心技术也同样如此。那么，问题是，C#的核心技术有哪些呢？我们该如何掌握C#的核心技术呢？

C#的发展历程

众所周知，C#是由伟大的程序员之神Anders Hejlsberg为体现.NET技术的优势而创造出来的一种优秀语言。说起Anders Hejlsberg虽然可能有的读者不太熟悉，但说起他创造的几种语言或编译器，大家估计就并不陌生了。

例如他20岁时花了仅仅两三周就开发出来了一种Pascal编译器。之后他又开发出了Delphi，这是一种非常神奇的语言，在面向过程式开发方法的时代，Delphi能够与VB独占半边天，其优秀之处显然不是区区几句话就能说清楚，听说在当时，许多开发者都非常擅长使用其创造奇迹，例如今天的产品之神张小龙在30年前就曾经用其开发过foxmail，早期的wps据说也是使用Delphi开发出来的。

再后来，Anders加入了微软，并为.NET设计了C#这样一款优秀的语言。（当然，Anders并未止步于C#这样的成就，在C#之后，他又改良了Javascript，并为其带来了今天的“后端噩梦”TypeScript语言。）

2002年，C#随.NET战略一起发布，从一开始就被定位为.NET开发框架核心中的核心，直到今天，已经成为一种比较优秀的主流技术语言。这种语言吸收了其他语言的优势，同时又基于.NET框架的特性实现了许多优雅的功能，今天的C#，不仅仅能够用于传统的面向对象开发，也同样可以广泛使用于函数式开发方法。对于初学者而言，如果学过Java和C++语言，上手也非常容易。

经过将近20年的发展，C#语言已经迭代了15个主要版本，从最早期的C#1.0到现在最新版的9.0，及10.0预览版，共发布了6次正式版本发布，对于许多开发者而言，每一次版本升级也意味着又需要刷新技术面，着实是一种痛并快乐的过程。

回顾那么多个版本，你还记得哪些C#的“核心技术”给你带来过开发效率的巨大提升么？

《C#的核心技术指南》中的核心技术

最近，我有幸阅读了新出版的《C#8.0核心技术指南》，并在这篇文章中，我摘取了几个C#相关的新特性和概念跟大家一起分享。当然由于C#实际上是.NET框架的主力语言，以下介绍的一些核心技术，可能实质上是.NET框架的核心技术，大家不用纠结这个问题。

C#9.0新特性

参见https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/whats-new/csharp-9。

C#8.0的新特性

参见https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/whats-new/csharp-8

C#可为空类型

3.1 可为空值类型

可为空值类型是针对基础类型而言，例如Int？ bool？double？这些基础类型都是我们常用的可为空值类型，该类型出现得比较早，在C#2.0中就已经出现了可为空值类型。

检查可为空值类型的实例

从C#7.0开始，可以使用is表达式对可为空值类型进行检查，

int? a = 42;

if (a is int valueOfA)

{

    Console.WriteLine($"a is {valueOfA}");

}

else

{

    Console.WriteLine("a does not have a value");

}

// Output:

// a is 42

当然，依然可以使用HasValue这种类型对可为空值类型进行检查。

3.2 C#可为空引用类型

可为空值类型常用于数据库的检查中，可以通过该类型判断对象是否为空，而可为空引用类型则恰好相反，可以一定程度上防止引用类型的值为空，避免引发 “未将对象引用添加到对象的实例”这样的空指针异常。

该类型自C#8.0 引入，包括两种方式“可为空引用类型”和“不可为空引用类型”，使你能够对引用类型变量的属性作出重要声明：

引用不应为 null。当变量不应为 null 时，编译器会强制执行规则，以确保在不首先检查它们是否为 null 的情况下，取消引用这些变量是安全的：
- 必须将变量初始化为非 null 值。
- 变量永远不能赋值为 null。
引用可为 null。当变量可以为 null 时，编译器会强制执行不同的规则以确保你已正确检查空引用：
- 只有当编译器可以保证该值不为 null 时，才可以取消引用该变量。
- 这些变量可以使用默认的 null 值进行初始化，也可以在其他代码中赋值为 null。类型为 Null 性

例如，在常用的语句中，我们可能这样实现：

void foo(string？ s)=>Console.WriteLine(s.Length);

一旦出现了string为空的情况，可能很容易就会引发空指针异常。

可为空上下文

可为空上下文可以对编译器如何解释引用类型变量进行精细控制。

可以使用 .csproj 文件中的 Nullable 元素为项目设置可为空注释上下文和可为空警告上下文。此元素配置编译器如何解释类型的为 Null 性以及生成哪些警告。有效设置如下：

```
enable
```
：“启用”可为空注释上下文。 “启用”可为空警告上下文。
- 引用类型的变量，例如 string 是“不可为空”。启用所有为 Null 性警告。
```
warnings
```
：“禁用”可为空注释上下文。 “启用”可为空警告上下文。
- 引用类型的变量是“无视”。启用所有为 Null 性警告。
```
annotations
```
：“启用”可为空注释上下文。 “禁用”可为空警告上下文。
- 引用类型的变量（例如字符串）不可为 null。禁用所有为 Null 性警告。
```
disable
```
：“禁用”可为空注释上下文。 “禁用”可为空警告上下文。
- 引用类型的变量是“无视”，就像早期版本的 C# 一样。禁用所有为 Null 性警告。

示例：

XML复制

<Nullable>enable</Nullable>

你还可以使用指令在项目的任何位置设置这些相同的上下文：

#nullable enable：将可为空注释上下文和可为空警告上下文设置为“已启用”。
#nullable disable：将可为空注释上下文和可为空警告上下文设置为“已禁用”。
#nullable restore：将可为空注释上下文和可为空警告上下文还原到项目设置。
#nullable disable warnings：将可为空警告上下文设置为“已禁用”。
#nullable enable warnings：将可为空警告上下文设置为“已启用”。
#nullable restore warnings：将可为空警告上下文还原到项目设置。
#nullable disable annotations：将可为空注释上下文设置为“禁用”。
#nullable enable annotations：将可为空注释上下文设置为“启用”。
#nullable restore annotations：将注释警告上下文还原到项目设置。

属性模式

C#在7.0中引入了属性模式，通过该模式，可以快速匹配对象的一个或多个属性值。例如，我们可以使用这样的示例快速匹配相关属性值。

if (obj is string s && s.Length=4)

除了这种属性模式，还有一种是C#8.0中引入的模式，该模式主要用于switch语句的用法，使用起来也非常简洁。

bool ShouldAllow(Url url)=>url switch

{

	 {Scheme:"http",Port=80}=>true,

	 {Scheme:"https",port=443}=>true

}

属性模式还支持嵌套，例如

bool ShouldAllow(Url url)=>url switch

{

	 {Scheme:string{Length:4},Port=80}=>true,

	 {Scheme:"https",port=443}=>true

}

甚至支持使用when子句。例如：

{Scheme:"http",Port:80} when url.Host.Length<1000=>true,

这样的写法可以使我们部分逻辑代码变得更加精简，看起来更有逼格。

属性还提供了元组模式，位置模式两种模式，元组模式提供了切换多个值的简单机制，而位置模式则定义了使用对象的位置属性作为匹配模式的方式。

以下是官方文档关于位置模式的示例。

public readonly struct Point

{

    public int X { get; }

    public int Y { get; }  

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

    public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y);

}

static string Classify(Point point) => point switch

{

    (0, 0) => "Origin",

    (1, 0) => "positive X basis end",

    (0, 1) => "positive Y basis end",

    _ => "Just a point",

};

不过，官方文档并没有介绍元组模式的示例，而《C#8.0核心技术指南》中介绍了该模式的用法，大家可以从书中获取相关知识。

Json处理

过去，我们倾向于使用Json.NET来处理C#中的Json序列化问题，而现在，我们则可以依托官方库Sytem.Text.Json来完成。（虽然我们有时可能不愿意用，但往后官方的许多方法会更多的依赖该库来实现）。相比json.net，该官方库的主要优点是更简单、高效并且内存使用效率更高。

官方库提供了如下几种操作形式：

1、Utf8JsonReader：这是一种优化的前向Json读取器，用于读取Utf8编码的Json文本。

2、Uft8JsonWriter：这是一种Json输出器，可用于输出Utf8编码Json文本。

3、JsonDocument：该类型可以将Json数据解析为只读的DOM，可以用类似于XMLDocument的方式操作延迟加载的JsonElement示例。同时，也可以用JsonDocument读取对象，并使用Json写入器对Json进行更新。

Span和Memory

Span和Memory是.NET 5中引入的新的结构体。是数组、字符串或任意连续的托管内存或非托管内存结构的底层抽象，其主要目的是进行特定的微优化，尤其是编写需要尽可能降低内存分配（从而减轻垃圾回收器负载）的低内存分配代码。

Span和Memory适用于各种性能热点，例如Asp.NET CORE的处理流水线以及字节流的解析等操作常见，具有更佳的性能。Span<T> 是在堆栈上分配的引用结构，而不是在托管堆上分配的。

Span<T>表示任意内存的连续区域。以下为官方文档提供的示例：

// Create a span over an array.

var array = new byte[100];

var arraySpan = new Span<byte>(array);

byte data = 0;

for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++)

    arraySpan[ctr] = data++;

int arraySum = 0;

foreach (var value in array)

    arraySum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {arraySum}");

// Output:  The sum is 4950

由于 Span<T> 是任意内存块的抽象，因此 Span<T> 具有参数的类型和方法的方法将 Span<T> 在任何对象上操作， Span<T> 而不考虑它所封装的内存类型。

Span<T> 包含方法的两个重载 Slice ，该方法构成从指定索引处开始的当前范围的切片。这样一来，就可以将中的数据 Span<T> 作为一组逻辑块进行处理，数据处理管道的部分可以按需处理这些数据块，并对性能的影响最小。例如，由于新式服务器协议通常基于文本，因此字符串和子字符串的操作非常重要。

可以使用或删除此分配和复制操作 Span<T> ReadOnlySpan ，如下面的示例所示：

using System;

class Program

{

    static void Main()

    {

        string contentLength = "Content-Length: 132";

        var length = GetContentLength(contentLength.ToCharArray());

        Console.WriteLine($"Content length: {length}");

    }

    private static int GetContentLength(ReadOnlySpan<char> span)

    {

        var slice = span.Slice(16);

        return int.Parse(slice);

    }

}

// Output:

//      Content length: 132

结语

由于时间关系，本文仅对部分内容进行了简单整理，尚不足以对C#核心技术进行总结，而最适合深度了解C#核心技术的方式，除了通过官方学习网站来了解，可能就是获得一本深度介绍C#核心技术的书籍，跟着作者的节奏来接触相关知识体系，了解相关代码，并手把手的练上一练。

而虽然市场上目前介绍C#相关技术书籍比较多，我比较推荐机械工业出版社华章IT出版的这本《C#8核心技术指南》。作者的介绍也提到，这本书将回答你在C#8.0或.NET CORE学习过程中遇到的各种问题，该书围绕概念和用例进行组织，不但为中高级程序员提供了简明的C#和.NET知识体系，还进行了一系列深度探索。确实如此，我也从中获得了许多收获，解决了许多技术问题。

虽然目前最新的C#已经刷新到10.0预览版，但翻译书的出版速度可能并没有那么快，即使是C#9.0，也最快要到明年出版，所以这本《C#8核心技术指南》算是市场上介绍C#8最成熟、最系统的的书籍，不管贵司用的是哪种框架，这本书都一定是非常合适的选择。