C#.Net筑基-基础知识

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01、C#基础概念

1.1、C#简介

C# （读作C Sharp）是由微软公司开发的一种面向对象、类型安全、高效且简单的编程语言，最初于 2000 年发布，并随后成为 .NET 框架的一部分。所以学习C#语言的同时，也是需要同步学习.NET框架的，不过要要注意C#与.NET的对应版本。

C#语言和Java类似，是一门简单易用、应用广泛的高级编程语言。结合了面向对象编程、事件驱动、泛型编程、异步编程等众多现代化编程概念，属于编译性语言。主要特点：

• 面向对象：封装（类与对象）、继承（类继承、接口继承）、多态等（类继承、多接口继承实现）。
• 类型安全：强类型安全，在编译时检测，提高代码可靠性。
• 交互性，易于各种语言交互，如VB、F#、C++、JavaScript、Python等。
• GC管理：自动内存管理，C# 采用垃圾回收机制，无需申请、释放内存，减少内存泄漏风险。
• 开源跨平台：.NETCore框架是开源跨平台的，支持多种操作系统。
• 强大的标准库，C#拥有丰富的标准类库（.NET Framework或.NET Core），内置各种功能和工具。
• 宇宙第一开发IDE： Visual Studio 提供了强大的开发、调试和设计工具。

.NET Framework最高支持C#语法版本是C#7.3、.NET Standard 2.1，可以基于该版本学习，后面的版本可以根据需要学习新增特性即可。

图来源：C#.NET体系图文概述

1.2、开发环境

• 运行环境：安装.NET SDK：下载 .NET， 下载.NET Framework
• 开发环境：开发IDE工具安装Visual Studio ，内置很多开发套件，及多个版本的SDK。

推荐安装Enterprise 企业版！功能最全。开发工具了解：《Visual Studio工具使用入门》

1.3、Hello World

using System; //引用using
namespace ConsoleApp_Net48  //申明命名空间
{
    internal class Program  //定义类
    {
        static void Main(string[] args)   //方法，控制台入口函数
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");  //控制台打印输出
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

• using 引用命名空间资源。
• namespace 命名空间 ：一组代码资源（类、结构、枚举、委托等）的集合。
• class 类：定义一个类，C#中最常用的代码组织单元。
• 方法：特定功能的代码块，有输入和输出（也可为空）。

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02、基础语法

C#代码以行为单位，（半角）分号;结尾，花括号{ 代码块 }为一个独立的代码区域。

2.1、变量申明

变量类型 变量名 = 值，变量就是对象值的名字，就像人的名字一样，通过变量来访问具体的对象值。变量可以是局部变量、参数、字段、数组、对象实例、委托等。

• 申明变量、赋值可以一次性，也可分开，也可以一次性申明多个变量。
• 变量的使用前必须初始化（赋值），使用未赋值的变量会引发异常。
• 同一作用域内，一个变量名只能申明一次，不可重复。
• 字符串用“双引号”，单个字符用'单引号'。

也可以用var申明，编译器通过值类型推断其具体变量类型，因此申明时必须赋值，var是一个语法糖。

int age; //先申明，后赋值
age = 12;
float weight = 55.55f;
double height = 188.88d; //末尾可以不用带d，默认就是double
var name = "sam";
var lastName = 'T';
string f1, f2, f3 = "F3"; //申明了3个变量，对f3赋值了
var user = new User();    //创建一个User对象实例
User user2 = new User();  //创建一个User对象实例

2.2、代码风格

C#代码的命名风格大多为驼峰命名为主，相对比较统一，不像前端那么麻烦，HTML、CSS、JS、URL各不相同。

• 区分大小写，字母、数字、下划线组成，不能数字开头，不能是关键字。C#中的关键字还是挺多的，参考 C# 关键字。
• 驼峰命名：
  • 文件名、类名、接口、方法等都是大驼峰：UserName。
  • 局部变量为小驼峰：userName。
  • 字段：下划线+小驼峰/大驼峰都可以 _userName、_UserName，或者"m_"开头，按照团队规范即可。
  • 常量：全大写（下划线分割），或者大驼峰都可以，USER_NAME、UserName。

public string UserName { get => _UserName; set => UserName = value; }

public string _UserName;

public const int Max=100;

public static int MaxAge =100;

private static int _MinAge = 20;

public void Sum(int a, int b)
{
	int sum = a + b;
}

2.3、注释：//

• 单行注释：//开头。
• 多行注释：/*多行注释 */（同css）
• XML注释：///用于类型定义、方法、属性、字段等成员的XML注释，参考：《C#文档XML注释》

/// <summary>
/// XML注释，计算和
/// </summary>
public void Sum(int a, int b)
{
	//单行注释
	int sum = a + b;
	/*
	多行注释
	输出结果
	*/
	Console.WriteLine(sum);
}

2.4、作用域

变量的作用域就是指变量的有效范围，C#中的作用域可以简单理解为 花括号{ 代码块 } 的范围，可以是类、方法、控制逻辑（for、while等），或者就一个单纯的{}。

• 一个花括号 {}内代码为一个独立的代码区域，有独立的作用域，变量在该作用域内有效。
• 花括号 {}作用域可以多级嵌套，比如类中包含方法，方法内包括控制逻辑，子作用域可以访问父级的变量（字段、属性、方法、具备变量）。简单理解就是：子级可以访问父级的成员。

private int x = 1; //类字段
void Main()
{
	var y = 1 + x; //私有变量
	if (y > 0)
	{
		int z = x + y + 1; //可以访问父级成员
		Console.WriteLine(z);
		{
			int w = x+y+z+1;  //可以访问父级成员，及父级的父级
			Console.WriteLine(w);
		}
	}
}

一般情况下，变量的作用域是由代码的词法环境（就是编写代码的位置）来决定的，这比较容易理解。例外情况就是C#中的闭包，常见于动态函数、委托。

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03、申明语句

申明变量	说明
Type v	申明指定类型的变量，int x，List<int> list
var	隐式匿名类型var，用var申明变量，编译器根据值推断出类型变量，因此要求必须赋初始值。
const	申明一个常量，申明时必须赋初始值，且不可修改
ref	reference 变量是引用另一个变量（称为引用）的变量，可以看做是其别名（分身）

void Main()
{
	int x =100;
	List<int> list = new List<int>();
	List<int> list2 = new();  //前面已知了类型，后面可省略
	int[] arr = [1,2,3];      //C#12的集合表达式，方便的创建数组、集合
    List<int> arr2 = [1,2,3];

    var n = 1;  //匿名类型，自动推断类型
    var list3 = new List<int>;

    ref int n2 = ref n; //ref另一个变量的别名，n2、n实际指向同一个值，是等效的

    const int max =100; //常量

    var (name,age) = ("sam",18); //多个变量一起申明、赋值，这只是一种简化的语法糖
    (x, n) = (n, x);             //还可以用该语法交换变量值，非常优雅
}

3.1、const常量

const 常量，顾名思义就是值永远不会改变的“变量”，可用于局部变量、字段。比如Math.PI，Int.MaxValue，用于一些已知的、不会改变的值。

• 申明常量的同时必须赋初始化值，不可修改，在编译时值会内联到代码中。
• 常量只能用于C#内置的值类型、枚举，及字符串。
• 常量值支持表达式，不过仅限于简单的运算，要能在编译时计算出确定的值。
• 枚举其实也是常量。
• 当用定义const 字段时，该常量字段就和静态字段一样，属于类本身，直接使用。

const double r = 5.0;
const double rs = 2 * Pi * r;

要注意常量（包括枚举）在编译时是把值内联到IL代码中的，因此如果跨程序集引用时，必须一起更新，否则就会出Bug。

3.2、ref 引用（别名/分身）

ref 关键字的核心点就是引用另一个变量的地址，可看做是其别名（分身），指向同一地址。作用和指针操作比较相似，int* y = &x;，不过ref更安全、更方便。

具体在使用上有以下一些场景：

使用场景	说明
引用传递参数	方法调用时传递引用参数，方法内可修改参数值 ，Foo(ref int number)
ref return	返回一个ref变量，public ref int Foo(ref int n){return ref n;}
ref 变量	引用另一个局部变量，ref int y = ref x
ref 条件表达式	ref 用在三元表达式条件? ref (true):ref (fasle)中，返回引用
ref struct	让struct完全分配在栈上、不能装箱，只能用于局部变量、参数，一些高性能的场景

int x = 1;
ref int y = ref x;  //x、y其实同一个变量
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //1,1
x++;
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //2,2
y++;
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //3,3

//换个数组
int[] arr = new int[] { 0, 1, 2};
ref int a = ref arr[0];
a=100;
Console.WriteLine(arr); //100 1 2

• ref readonly ：所指向的变量不能修改值，但可以用ref重新分配一个reference 变量。
• ref返回值：用于一个方法的返回值，返回一个变量的引用（别名）

void Main()
{
	var arr = new int[] { 1, 2, 3 };
	ref int f = ref GetFirst(arr);
	f = 100;
	Console.WriteLine(arr); //100 2 3
}

private ref int GetFirst(int[] arr)
{
	return  ref arr[0];
}

在某些场景使用ref可以避免值类型在传递时的拷贝操作，从而提高性能，不过不同场景不同，需要具体分析、经过性能测试再确定。

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04、常用（控制）语句

语句	说明
if	条件语句，if(true){ 执行 }
if...else	条件语句，if(true){} else(){}
if...else if...else	同上，中间可以接多个else if，不过这个时候一般建议重构下，比如用你switch模式匹配
switch...case	根据条件处理多个分支：switch(条件){ case }。case命中后，注意break结束，否则会继续执行
while(true){}	循环：条件为true就会循环执行
dowhile(true)	循环：先执行后判断条件
for循环	循环：for条件循环，支持多个语句逗号隔开。for(int i =0; i<max; i++)
foreach in	循环元素：foreeach(int item in items)，实现了IEnumerable，或有无参数 GetEnumerator()
await foreach	foreach的 异步版本
List.ForEach()	List<T>自带的循环执行方法，list.ForEach(s=> s.Dump());
break	跳出循环语句，for、foreach、while、switch、do。跳出最近的语句块，如果多层嵌套只会对最近的有效
continue	继续下一次循环，只是后面的代码不执行了，应用条件同break
return	结束方法/函数并返回结果（若有），注意是针对函数的。
goto	跳转语句到指定标签，单独标签或者case值，一般不建议使用，goto可读性不太好
throw	抛出异常，不再执行后面的代码
try.catch.finally	异常处理，throw 抛出一个异常
checked、unchecked	对整数运算语句进行溢出检查、不检查，如果检查溢出会抛出OverflowException
fixed	申明指针固定一个可移动（回收）变量，防止被GC回收，在unsafe代码中运行
stackalloc	在堆栈上分配内存，int* ptr = stackalloc int[10]
lock	互斥锁 Monitor 的语法糖，保障同时只有一个线程访问共享资源 lock(obj){ }
using	引用命名空间，释放IDisposable ，
yield	用于迭代器中返回一个迭代值yield return value，或表示迭代结束yield break。

switch 在C#8以上的更多特性，参考后文《C#的模式匹配》

4.1、try-catch异常处理

一个标准的异常处理流程：

• try：功能代码，需要捕获异常的地方。
• catch：捕获异常，处理异常。支持多个catch语句，捕获不同的异常，多个catch按照顺序执行。catch后面可以用when表达式添加更多筛选条件。
• finally：最后执行的代码，无论是否有异常发生都会执行，多用于最后的清理工作。
• throw：可以抛出一个新的异常，也可以在catch直接throw;，保留原始堆栈信息。

	try
	{
		//功能代码
		throw new ArgumentException("参数name为null");
	}
	//用when添加更详细的筛选条件
	catch (ArgumentException e) when (e.InnerException ==null)
	{
		//处理异常，如记录日志
	}
	catch (Exception e)
	{
		//处理异常
		throw; //直接throw，保留原始堆栈信息
	}
	finally
	{
		//最后执行的代码，无论是否有异常发生都会执行，多用于最后的清理工作
	}

异步（线程）中的异常一般不会抛出到调用线程（或主线程），只会在await，或获取Task.Result时才会被抛出来，更多可查看异步编程相关章节。

4.2、using 的5种用法

using 在C#中有很多中用途，常用来引用命名空间、简化释放资源。

using 用途	说明
using namespace	引用命名空间，比较常用，基本每个类都会使用。
global using	项目全局引用，避免每个类都重复using 相同的命名空间。
using 别名	用using来创建命名空间或类型的别名，简化代码中的使用。
using static	引入一个类型的静态成员、嵌套类型，代码中直接使用引入的静态成员。
using 语句	using 语句可确保正确使用 IDisposable 实例，using(var r){}，简化后无需括号

命名空间 namespace 用于组织代码（作用域）的主要方式，用关键字namespace来命名，可嵌套。C#10 中可以用文件范围命名空间，减少一层括号嵌套。

• global using的最佳实现是一般创建一个公共的类文件“Usings.cs”，专门放置项目中全局的公共using。
• 用using来创建命名空间别名，使用时需要用到操作符::来访问下级。
• using可创建任意类型的别名，包括数组、泛型、元祖、指针。

global using System.Text; //全局引用命名空间

using System.Text; //引用命名空间

using json = System.Text.Json.JsonSerializer;  //类型别名
using NumberList = double[];     //类型别名：数组
using Point = (int X, int Y);    //类型别名：元祖ValueTuple<int, int>
using jsons = System.Text.Json;  //空间别名

//namespace myspace; 效果同下，简化写法，可节省一对大括号
namespace myspace
{
	public class Program
	{
		void Main()
		{
			json.Serialize(new Object());
			jsons::JsonSerializer.Serialize(new Object()); //这用到操作符::
            NumberList arr = [1,2,3];
		}
	}
}

从.Net6开始，C#项目会根据项目类型隐式包含一些using引用，比如System、System.Text。

• using static，引入一个类型的静态成员、嵌套类型，代码中直接使用引入的静态方法。

using static System.Math;

void  Main()
{
	var a = Abs(-2 * PI ); //直接使用Math下的静态成员
}

using 语句确保对象在using语句结束时被释放（调用Dispose）。也可以直接用using申明变量，不用大括号{}，这是一种简化的写法，会在作用域（方法、语句块）结束时释放。

using (StreamReader reader = File.OpenText("numbers.txt"))
{
    Console.WriteLine("do read...");
}
// 简化写法，效果和上面一样，直接用using修饰 变量申明
using StreamReader reader2 = File.OpenText("numbers.txt");

//编译后的代码：
StreamReader reader = File.OpenText ("numbers.txt");
try
{
    Console.WriteLine ("do read...");
}
finally
{
    if (reader != null)
    {
        ((IDisposable)reader).Dispose ();
    }
}

using语句是一种语法糖，会自动生成try...finally代码。

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参考资料

• C#DotNet资料导航
• C#.NET体系图文概述—2024总结
• C# 语言文档
• 《C#8.0 In a Nutshell》

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