C#

  此條目介紹的是微軟開發的程式設計語言。關於音樂上的音名，請見「C♯ (音名)」。

C#

編程範型	結構化、物件導向、泛型
語言家族	C
設計者	微軟
實作者	微軟
面市時間	2000年​（2000）
目前版本	13（2024年11月12日；穩定版本）
作業系統	Windows、Linux、Mac OS X 、 Android
許可證	Roslyn compiler: MIT License .NET Core: MIT License
副檔名	.cs, .csx
網站	docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/
主要實作產品
.NET、.NET框架、Mono、DotGNU
衍生副語言
Cω、Spec#、Polyphonic C#
啟發語言
C++、Java、Eiffel、Modula-3、Object Pascal
影響語言
Clojure、D語言、F#、Java 5、Nemerle、Vala

C#是微軟推出的一種基於.NET框架和後來的.NET的、物件導向的進階程式語言。C#衍伸自C和C++，繼承了C和C++的強大功能，同時去掉了一些複雜特性，使其成為C語言家族中高效強大的程式語言。C#以.NET框架類別程式庫作為基礎，擁有類似Visual Basic的快速開發能力。C#由安德斯·海爾斯伯格主持開發，微軟在2000年發布了這種語言，希望藉助這種語言來取代Java。C#已經成為Ecma國際和國際標準組織的標準規範。

命名

C#的發音為「C sharp」，「#」讀作「sharp」（/ʃɑːp/），命名啟發於音樂上的音名「C♯」，在音樂中「C♯」表示C升半音，為比C高一點的音節，且「#」形似4個加號，微軟藉助這樣的命名，以表示C#在一些語言特性方面對C++的提升的意思。

由於顯示器（標準字體、瀏覽器等）的技術限制，且大部分的鍵盤配置上不存在升記號（♯），所以井號（#）被用於此程式語言的名稱中，約定在ECMA-334 C#語言規範中。

設計目標

ECMA標準列出的C#設計目標：

• C#旨在設計成為一種「簡單、現代、通用」，以及物件導向的程式設計語言
• 此種語言的實現，應提供對於以下軟體工程要素的支援：強型別檢查、陣列維度檢查、未初始化的變數參照檢測、自動垃圾收集（Garbage Collection，指一種記憶體自動釋放技術）。軟體必須做到強大、持久，並具有較強程式開發的生產力。
• 此種語言為在分散式環境中的開發提供適用的組件開發應用。
• 為使程式設計師容易遷移到這種語言，原始碼的可移植性十分重要，尤其是對於那些已熟悉C和C++的程式設計師而言。
• 對國際化的支援非常重要。
• C#適合為獨立和嵌入式的系統編寫程式，從使用複雜作業系統的大型系統到特定應用的小型系統均適用。

歷史

原Borland公司的首席研發設計師安德斯·海爾斯伯格（Anders Hejlsberg）在微軟開發了Visual J++ 1.0，很快的Visual J++由1.1版本升級到6.0版。SUN公司認為Visual J++ 違反了Java開發平台的中立性，對微軟提出了訴訟。2000年6月26日微軟在奧蘭多舉行的「職業開發人員技術大會」（PDC 2000）上，發表新的語言C#。C#語言取代了Visual J++，語言本身深受Visual Basic、Java、C和C++ 的影響。

版本

版本	語言規格			日期	.NET框架版本	Visual Studio的版本
	ECMA	ISO/IEC	Microsoft
C# 1.0	2002年12月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2003年4月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2002年1月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2002年1月	.NET Framework 1.0	Visual Studio .NET 2002
C# 1.1 C# 1.2			2003年10月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2003年4月	.NET Framework 1.1	Visual Studio .NET 2003
C# 2.0	2006年6月	2006年9月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2005年9月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2005年11月	.NET Framework 2.0	Visual Studio 2005
C# 3.0	否		2007年8月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2007年11月	.NET Framework 2.0 (Except LINQ) .NET Framework 3.0 (Except LINQ) .NET Framework 3.5	Visual Studio 2008 Visual Studio 2010
C# 4.0			2010年4月	2010年4月	.NET Framework 4	Visual Studio 2010
C# 5.0	2017年12月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2018年12月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2013年6月（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2012年8月	.NET Framework 4.5	Visual Studio 2012 Visual Studio 2013
C# 6.0	否		草案（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2015年7月/2016-06-27	.NET Framework 4.6/.NET Core 1.0	Visual Studio 2015
C# 7.0			建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2017年3月	.NET Framework 4.6.2	Visual Studio 2017
C# 7.1	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2017年8月/2016-08-14	.NET Framework 4.7/.NET Core 2.0	Visual Studio 2017 version 15.3
C# 7.2	否	否	建議草案	2017年11月	.NET Framework 4.7.1	Visual Studio 2017 version 15.5
C# 7.3	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2018年5月/2018-05-30/2018-12-04	.NET Framework 4.7.2/.NET Core 2.1/.NET Core 2.2	Visual Studio 2017 version 15.7
C# 8	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2019年9月/2019-09-23/2019-12-03	.NET Framework 4.8/.NET Core 3.0/.NET Core 3.1	Visual Studio 2019 version 16.3
C# 9	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2020年11月	.NET 5	Visual Studio 2019 version 16.8
C# 10	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2021年11月	.NET 6	Visual Studio 2022 version 17.0
C# 11	否	否	建議草案 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）	2022年11月	.NET 7	Visual Studio 2022 version 17.4
C# 12	否	否	建議草案	2023年11月	.NET 8	Visual Studio 2022 version 17.8
C# 13	否	否	建議草案	2024年9月	.NET 9	Visual Studio 2022 version 17.12

語言特性

相對於C和C++，這個語言在許多方面進行了限制和增強：

• 指標（Pointer）只能用於不安全模式之中。大多數對象訪問透過安全的參照實現，以避免無效的調用，並且有許多演算法用於檢查溢位，指標只能用於調用值類型，以及受垃圾收集控制的代管對象。
• 對象不能被顯式釋放，代替為當不存在被參照時透過垃圾回收器回收。
• 只允許單一繼承（single inheritance），但是一個類可以實現多個介面（interfaces）。
• C#比C++更加類型安全。預設的安全轉換是隱含轉換，例如由短整型轉換為長整型和從衍生類轉換為基本類。而介面布林數同整型，及枚舉型同整型不允許隱含轉換，非空指標（透過參照相似對象）同使用者定義類型的隱含轉換欄位被顯式的確定，不同於C++的複製構造函式。
• 陣列宣告的語法不同（"int[] a = new int[5]"而不是"int a[5]"）。
• 枚舉位於其所在的命名空間中。
• C#中沒有模版（Template），但是在C# 2.0中引入了泛型（Generic programming），並且支援一些C++模版不支援的特性。比如泛型參數中的類型約束。另一方面，表達式不能像C++模版中被用於類型參數。
• 屬性支援，使用類似訪問成員的方式調用。
• 完整的反射支援。

C# 2.0的特性

針對於.NET SDK 2.0（相對應於ECMA-334標準第三版），C# 的新特性有：

部分類

分部類別將類別的實現分在多個檔案中。該概念於C# 中首次出現，除了能將一個類別的成員分開存放，還使ASP.NET中的代碼後置得以實現。代碼後置實現了HTML代碼和後台互動代碼的分離。

file1.cs:

public partial class MyClass1
{
    public void MyMethod1()
    {
        // implementation
    }
}

file2.cs:

public partial class MyClass1
{
    public void MyMethod2()
    {
        // implementation
    }
}

分部類別這個特性允許將一個類別的編寫工作分配給多個人，一人寫一個檔案，便於版本控制。它又可以隔離自動生成的代碼和人工書寫的代碼，例如設計表單應用程式時。

泛型

泛型，或參數化類型，是被C#支援的.NET 2.0特性。不同於C++模版，.NET參數化類型是在執行時被實例化，而不是編譯時，因此它可以跨語言，而C++模版卻不行。C#泛型類在編譯時，先生成中間代碼IL，通用類型符號T只是一個預留位置；在實例化類時，根據實際資料類型代替T並由即時編譯器（JIT）生成本地代碼，其中使用了實際的資料類型，等同於用實際類型寫的普通的類。

它支援的一些特性並不被C++模版直接支援，比如約束泛型參數實現一個介面。另一方面，C# 不支援無類型的泛型參數。不像Java中的泛型，在CLI虛擬機器中，.NET generics使用具化生成泛型參數，它允許最佳化和儲存類型資訊。

泛型類中，可以用where關鍵字對參數類型實現約束。例如：

class Node<T, V>
    where T : Stack, IComparable, new(), class
    where V : Stack, struct
{...}

上述表示T和V必須是Stack類或其衍生類別，T必須繼承了IComparable介面、有無參建構函式、是參照類型；V必須是值類型。

泛型不僅能作用在類上，也可單獨用在類的方法上，稱為「泛型方法」。

泛型類的靜態成員變數在相同封閉類間共享，不同的封閉類間不共享。

泛型類中的方法多載，參數類型T和V在執行時確定，不影響這個類通過編譯。C#的泛型是在實例的方法被呼叫時檢查多載是否產生混淆，而不是在泛型類本身編譯時檢查。特別地，當一般方法與泛型方法具有相同的簽章時，會覆蓋泛型方法。

靜態類別

靜態類別它不能被實例化，並且只能有靜態成員。這同很多過程語言中的模組概念相類似。

迭代器

一種新形式的迭代器它提供了函數式程式設計中的generator，使用yield return

類似於Python中使用的yield

// Method that takes an iterable input (possibly an array)
// and returns all even numbers.
public static IEnumerable<int> GetEven(IEnumerable<int> numbers)
{
    foreach (int i in numbers)
    {
        if (i % 2 == 0) yield return i;
    }
}

注意事項：

• foreach迴圈時考慮執行緒安全性，不要試圖對被遍歷的集合進行remove和add等操作
• IEnumerable介面是LINQ特性的核心介面。只有實現了IEnumerable介面的集合，才能執行相關的LINQ操作，比如select,where等

匿名方法

匿名方法類似於函數式程式設計中的閉包。匿名方法是通過使用 delegate 關鍵字建立委託實例來聲明的。例如：

delegate void NumberChanger(int n);
 
NumberChanger nc = delegate(int x)
{
    Console.WriteLine("Anonymous Method: {0}", x);
};



public void Foo(object parameter)
{
    // ...

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(delegate
    {
        // anonymous delegates have full access to local variables of the enclosing method
        if(parameter == ...)
        { 
            // ... 
        }

        // ...
    });
}

委託的協變和逆變

委託簽章的協變和逆變。

屬性訪問器可以被單獨設定訪問級別

例子：

string status = string.Empty;

public string Status
{
    get { return status; }             // anyone can get value of this property,
    protected set { status = value; }  // but only derived classes can change it
}

可空類型

可空類型（跟個問號，如int? i = null;）允許設定null給任何類類型。

int? i = null;
object o = i;
if(o == null)
    Console.WriteLine("Correct behaviour - runtime version from September 2005 or later");
else
    Console.WriteLine("Incorrect behaviour - pre-release runtime (from before September 2005)");

??運算子

（??）：如果左運算數表達式的值不為空值時回傳該值，如果為空值則返回右運算數表達式的值。

object nullObj = null; 
object obj = new Object(); 
return nullObj ?? obj; // returns obj

主要用作將一個可空類型賦值給不可空類型的簡便語法

int? i = null;
int j = i ?? 0; // Unless i is null, initialize j to i. Else (if i is null), initialize j to 0.

C# 3.0的特性

C# 3.0發布於2007年10月17日，是.NET Framework 3.5的一部分，它的新特性靈感來自於函數式程式設計語言，如：Haskell和ML，並廣泛地引入了Language Integrated Query（LINQ）模式到通用語言運行庫中e.

Linq

語言整合查詢（英語：Language Integrated Query，縮寫：LINQ）： 上下文相關關鍵字"from, where, select"可用於查詢SQL、XML、集合等。這些識別碼在LINQ上下文中被作為關鍵字，但是它們的增加不會破壞原有的名為from、where或select的變數。

類型初始化器

Customer c = new Customer();
c.Name = "James";

可寫作：

Customer c = new Customer() { Name = "James" };

集合初始化器

MyList list = new MyList();
list.Add(1);
list.Add(2);

可寫作

MyList list = new MyList { 1, 2 };

假設MyList實現了System.Collections.IEnumerable且有一個Add方法method

匿名類型

var x = new { Name = "James" };

局部變數類型推斷

局部變數類型推斷：

var x = new Dictionary<string, List<float>>();

等同於

Dictionary<string, List<float>> x = new Dictionary<string, List<float>>();

它只是一個語法糖，這個特性被匿名類型聲明時所需要

Lambda表達式

Lambda表達式（無函式名稱的物件方法在程式語言中的表達語法）:

listOfFoo.Where(
    delegate(Foo x)
    {
        return x.Size > 10; 
    }
)

可寫作

listOfFoo.Where(x => x.Size > 10);

編譯器翻譯Lambda表達式為強型別委託或強型別表達式樹。

注意事項：

• 如果只有一個參數，可以省略括號()，例如 item=>{Console.WriteLine("只有一個參數{0}的Lambda表達式",item); };
• 如果只有一個返回值的語句，可以省略花括號{}、return關鍵字、分號，例如 item => {return item % 2 == 0;};覆寫成：item =>item %2 == 0;
• Lambda表達式可以分配給Func，Action或Predicate委託。

自動化屬性

編譯器將自動生成私有變數和適當的getter（get訪問器）和setter（set訪問器），如：

public string Name
{
    get; 
    set; 
}

擴充方法

擴充方法能夠使現有的類型添加方法，而無需新增的衍生類型、重新編譯或以其它方式修改原始類型。

使用拓展方法，必須在一個非巢狀、非泛型的靜態類中定義一個靜態方法，方法第一個參數必須附加this關鍵字作為字首，第一個參數不能有其它修飾詞（如ref或者out），這個方法將被編譯器添加到該this的類型中。

public static class IntExtensions
{
    public static void PrintPlusOne(this int x) 
    {
        Console.WriteLine(x + 1);
    }
}
 
int foo = 0;
foo.PrintPlusOne();

注意事項：

• 擴充方法只會增加編譯器的工作，但不會影響程式執行效能（用繼承的方式為一個類型增加特性反而會影響效能）
• 如果原來的類中有一個方法，跟擴充方法一樣，那麼擴充方法不會被呼叫，編譯器也不會提示

分部方法

允許碼產生器生成方法聲明作為擴充點，如果有人在另一個部分類實現了它才會被包含於原代碼編譯。

1. 分部方法（Partial methods）必須定義在分部類（partial classes）中
2. 定義分部方法需要用partial做修飾詞
3. 分部方法不一定總是有執行內容的，也就是說定義的方法可以一句操作語句都沒有
4. 分部方法返回值必須是void
5. 分部方法可以是靜態（static）方法
6. 分部方法可以包含參數，參數可以包含以下修飾詞：this,ref,params
7. 分部方法必須是私有（private）方法

例子：

partial class C
{
    static partial void M(int i); // defining declaration
}
partial class C
{
    static partial void M(int i)
    {
        dosomething();
    }
}

C# 4.0的特性

dynamic類型

C# 4.0新增dynamic關鍵字，提供動態編程（dynamic programming），把既有的靜態物件標記為動態物件，類似javascript, Python或Ruby。

dynamic關鍵字標記的實例被處理成一個特殊包裝的object對象，取消了CLI的編譯時型別檢查，編譯時被假定支援任何操作，但如果並不實際支援則執行時報錯。

dynamic calc = GetCalculator();
int sum = calc.Add(10, 20);

具名參數與可選參數

public StreamReader OpenFile(string path, int bufferSize = 1024)
{ ... }

呼叫OpenFile時，順序可以完全顛倒：

OpenFile(bufferSize: 4096, path: "foo.txt");

與COM組件互動

在C#中打開一個Word檔案：

static void Main(string[] args)
{
    Word.Application wordApplication = new Word.Application() { Visible = true };
    wordApplication.Documents.Open(@"C:\plant.docx", ReadOnly: true);
}

在C#中指定Excel的某一格文字：

excelObj.Cells[5, 5].Value = "This is sample text";

泛型的協變和逆變

C# 4.0支援協變和逆變，例如在泛型介面可以加上in、out修饰字。

public interface IComparer<in T>  
{  
    int Compare(T left, T right);  
}

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
}

C# 5.0的特性

1. C# Evolution Matrix
2. Async Feature （補充： async和await是一對語法糖，允許開發人員非常輕鬆的呼叫基於TASK的非同步編程）async-await關鍵字並不會真的建立一個執行緒池任務，完成這個動作依賴於被呼叫方法中的函式。這一點在許多C#的中文教程中被忽略，導致許多學習的新手誤以為await關鍵字會直接建立一個新的執行緒池任務。
3. Caller Information

C# 6.0的特性

1. 唯讀 Auto 屬性
2. Auto 屬性初始設定式
3. 使用靜態
4. Null - 條件運算子
5. 字串插值
6. 例外狀況篩選條件
7. nameof 運算式
8. Catch 和 Finally 區塊中的 Await
9. 索引初始設定式
10. 集合初始設定式的擴充方法
11. 改進的多載解析

表達式主體（Expression-bodied）用於類的方法和唯讀屬性

using System;

public class Person
{
   public Person(string firstName, string lastName)
   {
      fname = firstName;
      lname = lastName;
   }

   private string fname;
   private string lname;

   public override string ToString() => $"{fname} {lname}".Trim(); //返回值类型string
   public void DisplayName() => Console.WriteLine(ToString()); //返回值类型void
   public string Name => $"{fname} {lname}".Trim();//只读属性
}

C# 7.0的特性

out 變數

能夠直接宣告一個變數在它要傳入的地方，當成一個 out 的引數

棄元

元組/對象的解構：

var tuple = (1, 2, 3, 4, 5);
(_, _, _, _, var fifth) = tuple;

使用 is/switch 的模式匹配：

var obj = CultureInfo.CurrentCulture.DateTimeFormat;
switch (obj)
{
case IFormatProvider fmt:
    Console.WriteLine($"{fmt} object");
    break;
case null:
    Console.Write("A null object reference");
    break;
case object _:
    Console.WriteLine("Some object type without format information");
    break;
}

if (obj is object _) { ... }

對具有 out 參數的方法的呼叫：

var point = new Point(10, 10);
// 只要 x, 不关心 y
point.GetCoordinates(out int x, out _);

作用域內獨立使用場景：

void Test(Dto dto)
{
    _ = dto ?? throw new ArgumentNullException(nameof(dto));
}

表達式主體（Expression-bodied）用於類的屬性、構造器、終端子、索引器

using System;
public class Location
{
   private string locationName;

   public Location(string name) => Name = name; //构造函数

   public string Name
   {
      get => locationName;   //get属性
      set => locationName = value;  //set属性
   }

   public override string ToString() => GetType().Name;

   ~Location() => Console.WriteLine($"The {ToString()} finalizer is executing."); //析构函数

   private string[] types = { "Baseball", "Basketball", "Football",
                              "Hockey", "Soccer", "Tennis",
                              "Volleyball" };

   public string this[int i] 
   {
      get => types[i];            //索引器
      set => types[i] = value;
   }
}

C# 7.1的特性

1. async``Main方法
2. default常值運算式
3. 推斷的 tuple 項目名稱

C# 7.2的特性

1. 具備實值型別的參考語意
2. 無後置具名引數
3. 數值常值中的前置底線
4. private protected 存取修飾詞

C# 8.0的特性

1. 可空參照類型
2. await yield return可非同步返回的迭代器
3. Index 索引類型和Range區間類型
4. 允許在聲明介面時為介面成員提供預設實現
5. 遞迴的模式匹配
6. 表達式形式的Switch關鍵字
7. 在編譯器可做類型推斷的情況下，允許進一步省略類型聲明

C# 9的特性

新的「Record」類型

記錄類型， 是一種參照類型， 預設是不可變的。 記錄類型的相等判斷可以通過參照或者結構進行判斷的。

• 優點：記錄類型是輕量級的不可變類型，可以減少大量的代碼， 可以按照結構和參照進行比較；
• 缺點：需要實例化大量的對象；

// 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("Alice", 40);
var person2 = new Person("Alice", 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("Alice", 40);
person4.Age = 43;
 
// 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("Alice", 40, "China");
Console.WriteLine(person1 == citizen); // False 类型不同；

「init」存取子

init存取子表示該屬性所屬類型僅能在建構函式(Constructor)中或是屬性初始化式子中賦予其值，如果嘗試在其他地方設定該屬性的值，在編譯時便會遭編譯器阻止。

範例如下：在這個範例中，建立了一個Student類型，並且屬性StudentName與StudentID只能在初始化時賦予其值。

public class Student
{
	public Student()
    {
	}
	
	public Student(string studentName,string studentID)
	{
		StudentName = studentName;
		StudentID = studentID;
	}
	
	public string StudentName { get; init; } = "Default Name";
	public string StudentID { get; init; } = "00000000";
}

如果在此時撰寫以下程式碼：

Student DemoStudent = new Student();
DemoStudent.StudentName = "Test Name";

編譯器便會無法編譯並且擲回錯誤。

而如果要建立學生名稱為「Test Name」，學生ID為「0001」的學生，則需要寫成：

Student DemoStudent = new Student() //物件初始化運算式
{
    StudentName = "Test Name";
    StudentID = "0001"
};

或是

Student DemoStudent = new Student("Test Name","0001"); //藉由類型的建構式初始化StudentName以及StudentID。

最上層語句或稱頂級語句

在以前的版本，開發者在撰寫最上層語句(如Program.cs)程式碼時，需要包含完整的namespace與class架構，因此如果要撰寫Hello World程式時，程式碼就會是：

using System;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }
}

但是在C# 9之後，最上層語句的程式碼不需要包含namespace以及class，可將其簡化為：

using System;

Console.WriteLine("Hello World!");
//或者简化为一行语句：
System.Console.WriteLine("Hello World!");

注意， 一個程式中， 只能有一個檔案使用頂級語句， 並且頂級語句必須位於命名空間或類型定義之前。

lambda棄元參數

Func<int, int, int> zero = (_, _) => 0;
Func<int, int, int> func = delegate (int _, int _) { return 0; };

在 C# 9 之前，即便不使用的 Lambda 參數也需要給它命名。C# 9 支援棄元參數一方面簡化了命名，另一方面也節省了主記憶體分配。更重要的是它使得編程的意圖更明確，讓人一看就知道這個參數是不用的，增強了代碼的可讀性和可維護性。

只能初始化的設定器

Init only setters，只能通過對象初始化進行賦值的屬性。

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"
};

函式指標

使用 delegate* 可以聲明函式指標。

unsafe class FunctionPointer {
 static int GetLength(string s) => s.Length;
 delegate*<string, int> functionPointer = &GetLength;
}
 
public void Test() {
 Console.WriteLine(functionPointer("test")); // 4;
}

跳過本地初始化

[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);
}

原生整數類型

兩個新的整數類型 nint 和 nunit ， 依賴宿主機以及編譯設定。

協變返回類型

協變返回類型為重寫方法的返回類型提供了靈活性。覆蓋方法可以返回從被覆蓋的基礎方法的返回類型衍生的類型。

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

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

模組初始化代碼

ModuleInitializerAttribute 為組件 (assembly) 定義初始化代碼， 當初始化/載入時執行， 可以類比類的靜態建構函式， 但是是組件級別的。

• 必須是靜態的、無參數的、無返回值的方法；
• 不能是範式方法，也不能包含在範式類中；
• 不能是私有函式，必須是公開 (public) 或者內部 (internal) 的函式；

靜態 lambda 表達式

static 修飾詞添加到 lambda 表達式或匿名方法 。這將無法擷取局部變數或實例狀態，從而防止意外擷取其他變數。

分部方法擴充

移除了分部方法的下述限制：

• 必須具有 void 返回類型。
• 不能具有 out 參數。
• 不能具有任何可訪問性（隱式 private ）。

初始化表達式的簡化

如果建立對象的類型已知時，可以在new表達式中省略該類型。

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)};

在本地函式上添加標記

using System.Diagnostics;
using System.Diagnostics.CodeAnalysis;
namespace CoreApp2
{  
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            [Conditional("DEBUG")]
            static void DoSomething([NotNull] string test)
            {
                System.Console.WriteLine("Do it!");
            }
            DoSomething("Doing!");
        }
   }
}

GetEnumerator 擴充

可以為任意類型添加一個 GetEnumerator 擴充方法， 返回一個 IEnumerator 或者 IAsyncEnumerator 實例， 從而在 foreach 迴圈中使用。

using System.Collections.Generic;
using System.Collections.ObjectModel;
namespace CoreApp2
{
    public static class Extensions
    {
        public static IEnumerator<T> GetEnumerator<T>(this IEnumerator<T> enumerator) => enumerator;
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            IEnumerator<string> enumerator = new Collection<string> {"A", "B", "C"}.GetEnumerator();
            foreach (var item in enumerator)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }
        }
    }
}

模式匹配增強

Type patterns 類型匹配，判斷一個變數的類型

object obj = new int();
var type = obj switch
{
    string => "string",
    int => "int",
    _ => "obj"
};
Console.WriteLine(type); // int

Relational patterns 關係匹配：

class Person
{ 
    public string name; 
    public int age; 
    public Person(string a, int b) { name = a;age = b; }
    public void Deconstruct(out string a,out int b){a = name;b = age; }
}

class Program
{        
    static void Main(string[] args)
    {
        var person1 = new Person("Alice", 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 邏輯合取匹配：

// And pattern
var person1 = new Person("Alice", 40);
var ageInRange = person1 switch
{
    (_, < 18) => "less than 18",
    ("Zhang Zhimin", _) and (_, >= 18) => "Alice is greater than 18"
};
Console.WriteLine(ageInRange); // Alice is greater than 18

Disjunctive or patterns 邏輯析取匹配：

// Or pattern
var person1 = new Person("Alice", 40);
var ageInRange = person1 switch
{
    (_, < 18) => "less than 18",
    (_, 18) or (_, > 18) => "18 or greater"
};
Console.WriteLine(ageInRange); // 18 or greater

Negated not patterns 邏輯非匹配

// Not pattern
var person1 = new Person("Alice", 40);
var meOrNot = person1 switch
{
    not ("Alice", 40) => "Not me!",
    _ => "Me :-)"
};
Console.WriteLine(meOrNot); // Me :-)

Parenthesized patterns 帶括號的優先級匹配：

// 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

C# 10的特性

record struct

解決了 record 只能給 class 而不能給 struct 用的問題：

record struct Point(int X, int Y);

sealed record ToString 方法

可以把 record 里的 ToString 方法標記成 sealed

struct 無參建構函式

無參建構函式使得new struct() 和 default(struct) 的語意不一樣

用with新增的匿名類型對象

var x = new { A = 1, B = 2 };
var y = x with { A = 3 };

這裡 y.A 將會是 3 。

全域的 using

可以給整個專案啟用 using，不需要每個檔案都寫一份。

檔案範圍的 namespace

以前寫 namespace 還得帶一層大括號。現在如果一個檔案里只有一個 namespace 的話，直接在檔案開頭寫：namespace MyNamespace;

常數字串插值

const string x = "hello";
const string y = $"{x}, world!";

lambda的改進

lambda 可以帶 attributes

f = [Foo] (x) => x; // 给 lambda 设置
f = [return: Foo] (x) => x; // 给 lambda 返回值设置
f = ([Foo] x) => x; // 给 lambda 参数设置

指定返回值類型

此前 C# 的 lambda 返回值類型靠推導，C# 10允許在參數列之前顯式指定 lambda 返回值類型：

f = int () => 4;

支援 ref 、in 、out 等修飾

f = ref int (ref int x) => ref x; // 返回一个参数的引用

頭等函式

函式可以隱式轉換到 delegate，於是函式上升為頭等函式(first function)：

void Foo() { Console.WriteLine("hello"); }
var x = Foo;
x(); // hello

自然委託類型

lambda 可自動建立自然委託類型，於是不再需要寫出類型：

var f = () => 1; // Func<int>
var g = string (int x, string y) => $"{y}{x}"; // Func<int, string, string>
var h = "test".GetHashCode; // Func<int>

CallerArgumentExpression

使用CallerArgumentExpression這個attribute，編譯器會自動填充呼叫參數的表達式字串，例如：

void Foo(int value, [CallerArgumentExpression("value")] string? expression = null)
{
    Console.WriteLine(expression + " = " + value);
}

當你呼叫 Foo(4 + 5) 時，會輸出 4 + 5 = 9。這對測試框架極其有用

tuple 的混合定義和使用

int y = 0;
(var x, y, var z) = (1, 2, 3);

於是 y 就變成 2 了，同時還建立了兩個變數 x 和 z，分別是 1 和 3 。

介面支援抽象靜態方法

.NET 6中這個特性為preview特性。

在方法上指定 AsyncMethodBuilder

在方法上用 [AsyncMethodBuilder(...)]，來使用自己實現的 async method builder，代替內建的 Task 或者 ValueTask 的非同步方法構造器。有助於實現零開銷的非同步方法。

line 指示器支援行列和範圍

以前 #line 只能用來指定一個檔案中的某一行，現在可以指定行列和範圍：

#line (startLine, startChar) - (endLine, endChar) charOffset "fileName"
// 比如 #line (1, 1) - (2, 2) 3 "test.cs"

巢狀屬性模式匹配改進

以前在匹配巢狀屬性的時候需要這麼寫：

if (a is { X: { Y: { Z: 4 } } }) { ... }

現在只需要簡單的：

if (a is { X.Y.Z: 4 }) { ... }

改進的字串插值

實現接近零開銷的字串插值。

Source Generator v2

包括強型別的代碼構建器，以及增量編譯的支援等

C# 11的特性

泛型屬性

C# 11 開始支援屬性（attribute）為泛型類，即允許聲明基礎類別為System.Attribute的泛型類：

public class GenericAttribute<T> : Attribute { }

靜態介面方法

C# 11 開始允許介面中定義靜態方法（包括運算子多載方法），實現該介面的類必須包含該靜態方法：

public interface IGetNext<T> where T : IGetNext<T>
{
    static abstract T operator ++(T other);
}

無符號右移運算子 >>>

新增無符號右移運算子 >>>，用於對帶符號數進行邏輯右移。

泛型數學支援

對泛型及其對象進行數學操作的支援。基於靜態介面方法特性，自 .NET 8.0 起，在System命名空間中提供數學運算相關泛型介面，以支援泛型的運算操作：

public static TResult Sum<T, TResult>(IEnumerable<T> values)
    where T : INumber<T>
    where TResult : INumber<TResult>
{
    TResult result = TResult.Zero;

    foreach (var value in values)
    {
        result += TResult.Create(value);
    }

    return result;
}

字串內插中的換行符

允許內插字串中{與}內的文字跨多個行

原始字串文字

原始字串文字以 """ 開始並以 """ 結束，允許多行字串，若為多行字串則以單獨的一行 """ 結束，且字串的縮排以末尾的 """ 的起始位置為基準。原始字串文字不進行任何跳脫操作，但允許字串內插（開頭的 $ 數量代表內插所需要的花括號數）：

var x = 1;
var y = 2;
var code1 = """int i = 0;""";
var code2 = $"""int x = {x};""";
var code3 = $$"""
    #include <stdio.h>
    int main(void) {
        const char *s = "{y} = {{y}}";  // {y} = 2
        return 0;
    }
    """;
Console.WriteLine($"code1:\n{code1}\n");
Console.WriteLine($"code2:\n{code2}\n");
Console.WriteLine($"code3:\n{code3}\n");

UTF-8 字串字面量

可以對字串字面量指定 u8 字尾來指定 UTF-8 字元編碼的字串字面量，其類型為ReadOnlySpan<byte>：

列表模式

使用[和]可以定義列表模式，用於模式匹配：

int[] numbers = { 1, 2, 3 };

Console.WriteLine(numbers is [1, 2, 3]);             // True
Console.WriteLine(numbers is [1, 2, 4]);             // False
Console.WriteLine(numbers is [1, 2, 3, 4]);          // False
Console.WriteLine(numbers is [0 or 1, <= 2, >= 3]);  // True

數值 IntPtr 和 UIntPtr

C# 11 起 nint 和 nuint 類型的別名分別為 IntPtr 和 UIntPtr（C# 9 中它們僅被認為是「相似」的）。

改進了方法組向委託的轉換

最佳化了方法組向委託轉換的效能。例如下述代碼中，在 C# 11 前，Sum 比 SumMethodGroup 效能更高：

static readonly List<int> Numbers = Enumberable.Range(0, 100).ToList();

public int Sum()
{
    return Numbers.Where(x => Filter(x)).Sum(); // <- faster
}

public int SumMethodGroup()
{
    return Numbers.Where(Filter).Sum();         // <- slower
}

static bool Filter(int number)
{
    return number > 50;
}

C# 13的特性

params 集合

params 修飾詞不再僅限於陣列類型。現在可以將 params 用於任何已辨識的集合類型，包括 System.Span<T>、System.ReadOnlySpan<T> 以及實現 System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 並具有 Add 方法的類型。除了具體類型外，介面 System.Collections.Generic.IEnumerable<T>、System.Collections.Generic.IReadOnlyCollection<T>、System.Collections.Generic.IReadOnlyList<T>、System.Collections.Generic.ICollection<T> 和 System.Collections.Generic.IList<T> 也可以使用。

當使用介面類型時，編譯器會合成提供的參數的儲存。詳情請參考Params collections的功能規範。

新的鎖對象

.NET 9 執行時引入了一種新的執行緒同步類型 System.Threading.Lock，該類型通過其 API 提供了更好的執行緒同步。Lock.EnterScope() 方法進入一個排他作用域，返回的 ref struct 支援 Dispose() 模式以退出排他作用域。C# 的 lock 語句辨識 Lock 對象，並使用更新的 API，而不是傳統的 System.Threading.Monitor API。如果將 Lock 對象轉換為其他類型，編譯器會生成基於 Monitor 的代碼。詳情請參考該對象的功能規範。

新的ESCAPE跳脫序列

可以使用 \e 作為 ESCAPE 字元 ( Unicode U+001B ) 的字面值跳脫序列。 在該版本以前，ESCAPE使用的是 \u001b 或 \x1b。

不建議使用 \x1b，因為如果 1b 後面的下一個字元是有效的十六進制數位，則那些字元會成為跳脫序列的一部分。

方法組自然特性

該特性對涉及方法組的多載解析進行了小幅最佳化。方法組是指具有相同名稱的所有多載方法。此前，編譯器會構建方法組的完整候選方法集，並從中確定自然類型。新的行為是在每個作用域修剪候選方法集，移除不適用的方法（通常是具有錯誤泛型參數或不滿足約束的泛型方法）。如果在給定作用域中找到的所有候選方法都不匹配，則方法組沒有自然類型。

以下是新行為的具體改進：

概述

最佳化了方法組自然類型的確定：

1. 按作用域逐步考慮候選方法（首先是實例方法，然後是每個後續作用域的擴充方法）。
2. 修剪沒有成功機會的候選方法，以免它們干擾確定唯一簽章：
   • 當沒有提供類型參數時，修剪泛型實例方法（如 var x = M;）。
   • 基於是否能減少擴充和約束來修剪泛型擴充方法。

背景

在 C# 10 中，方法組獲得了一種弱自然類型。這種類型是「弱型別」，僅在方法組未被目標類型化時才會發揮作用（即它在 System.Action a = MethodGroup; 中不起作用）。這種弱自然類型允許諸如 var x = MethodGroup; 的場景。

方法組在所有候選方法具有共同簽章時具有自然類型。如果方法組可能包含擴充方法，則候選方法包括包含類型和所有擴充方法作用域。

應用

在實踐中，這意味著我們將：

1. 構建所有候選方法的集合：
   • 如果方法在相關類型上，如果它們是靜態的且接收者是類型，或者它們是非靜態的且接收者是值，則這些方法在集合中。
   • 可以減少的所有作用域中的擴充方法也在集合中。
2. 如果所有候選方法的簽章不匹配，則方法組沒有自然類型。
3. 如果結果簽章的參數數量與提供的類型參數數量不匹配，則方法組沒有自然類型。
4. 否則，結果簽章將用作自然類型。

提案

原則是按作用域逐步進行，並儘早修剪我們知道無法成功的候選方法（與多載解析中使用的原則相同）。

對於每個作用域，我們構建所有候選方法的集合：

• 對於初始作用域，如果方法在相關類型上且其參數數量與提供的類型參數數量匹配，並且滿足提供的類型參數的約束，則這些方法在集合中；如果它們是靜態的且接收者是類型，或者它們是非靜態的且接收者是值。
• 對於後續作用域，如果擴充方法可以用提供的類型參數替換，並使用接收者的值進行減少，同時滿足約束，則這些方法在集合中。

1. 如果在給定作用域中沒有候選方法，則繼續到下一個作用域。
2. 如果所有候選方法的簽章不匹配，則方法組沒有自然類型。
3. 否則，結果簽章將用作自然類型。
4. 如果所有作用域都已耗盡，則方法組沒有自然類型。

隱式索引訪問

現在可以在對象初始化表達式中使用隱式「從末尾」索引運算子 ^。

例如，可以在對象初始化器中初始化陣列：

var countdown = new TimerRemaining()
{
    buffer =
    {
        [^1] = 0,
        [^2] = 1,
        [^3] = 2,
        [^4] = 3,
        [^5] = 4,
        [^6] = 5,
        [^7] = 6,
        [^8] = 7,
        [^9] = 8,
        [^10] = 9
    }
};

上述範例建立了一個從 9 到 0 遞減的陣列。

在 C# 13 之前，^ 運算子不能在對象初始化器中使用，必須從前面索引元素。

迭代器和非同步方法中的 ref 和 unsafe

在 C# 13 之前，迭代器方法（使用 yield return 的方法）和非同步方法不能聲明本地 ref 變數，也不能有 unsafe 上下文。在 C# 13 中，非同步方法可以聲明本地 ref 變數或 ref struct 類型的本地變數，但這些變數不能跨越 await 邊界訪問。同樣，它們也不能跨越 yield return 邊界訪問。這一放寬的限制使編譯器能夠在更多地方允許可驗證的安全使用 ref 本地變數和 ref struct 類型。你可以在這些方法中安全地使用 System.ReadOnlySpan<T> 等類型。如果違反了安全規則，編譯器會發出警告。

ref struct 介面

在 C# 13 之前，ref struct 類型不能實現介面。從 C# 13 開始，它們可以實現介面。為了確保 ref 安全規則，ref struct 類型不能轉換為介面類型。這是一種裝箱轉換，可能違反 ref 安全。

allows ref struct

在 C# 13 之前，ref struct 類型不能作為泛型類型或方法的類型參數聲明。現在，泛型類型聲明可以添加反約束 allows ref struct。這種反約束聲明該類型參數提供的類型參數可以是 ref struct 類型。編譯器在該類型參數的所有實例上強制執行 ref 安全規則。這使得 System.Span<T> 和 System.ReadOnlySpan<T> 等類型可以在適用的地方與泛型演算法一起使用。

詳情請參閱 where 更新和泛型約束編程指南文章。

更多的部分成員

在 C# 13 中，可以聲明分部屬性和分部索引器。分部屬性和索引器通常遵循與分部方法相同的規則：建立一個聲明聲明和一個實現聲明。兩個聲明的簽章必須匹配。一個限制是不能為分部屬性使用自動屬性聲明。未聲明主體的屬性被視為聲明聲明。詳情請參閱Partial members文章。

多載解析優先級

在 C# 13 中，編譯器辨識 OverloadResolutionPriorityAttribute 以優先選擇一個多載而不是另一個。庫作者可以使用此屬性確保新的、更好的多載優先於現有多載。例如，你可能會添加一個效能更高的新多載。你不希望破壞使用你庫的現有代碼，但希望使用者在重新編譯時更新到新版本。你可以使用多載解析優先級來通知編譯器應優先選擇哪個多載。優先級最高的多載會被優先選擇。此功能旨在幫助庫作者在添加新多載時避免歧義。庫作者應謹慎使用此屬性以避免混淆。

程式的執行

C#通常不被編譯成為能夠直接在電腦上執行的二進制本地代碼。與Java類似，它被編譯成為中間代碼（Microsoft Intermediate Language），然後通過.NET Framework的虛擬機器——被稱為通用語言執行層——執行。

所有的.Net程式語言都被編譯成這種被稱為通用中間語言的中間代碼。因此雖然最終的程式在表面上仍然與傳統意義上的可執行檔都具有「.exe」的字尾名。如果電腦上沒有安裝.Net Framework，那麼這些程式會彈出對話方塊，要求使用者下載.net framework。

在程式執行時，.Net Framework將中間代碼翻譯成為二進制機器碼，從而使它得到正確的執行。最終的二進制代碼被儲存在一個緩衝區（Buffer）中。所以一旦程式使用了相同的代碼，那麼將會呼叫緩衝區中的版本。這樣如果一個.Net程式第二次被執行，那麼這種翻譯不需要進行第二次，速度明顯加快。

標準化

微軟公司已經向ECMA申請將C#作為一種標準。在2001年12月，ECMA發布了ECMA-334 C#語言規範。C#在2003年成為一個ISO標準（ISO/IEC 23270）。現在有一些獨立的實現正在進行，包括：

• 自由軟體基金會的dotGNU Portable.NET（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Mono（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Baltie - C# IDE for children and young Baltie（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

範例

C# 的Hello World程式

下面是一個在命令提示字元上輸出Hello World的小程式，這種程式通常作為開始學習程式語言的第一個步驟：

using System;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");
        }
    }
}

實現

微軟正在引領開源參考 C# 編譯器和工具集的開發。 第一個編譯器 Roslyn編譯成中間語言（IL），第二個編譯器 RyuJIT， 是一個 JIT（即時）編譯器，它是動態的，進行動態最佳化並編譯將 IL 轉換為 CPU 前端的本機代碼。 RyuJIT 是開源的，用 C++ 編寫。 Roslyn 完全是用 受控代碼 (C#)編寫的，已經開放並且功能以 API 的形式出現。因此，它使開發人員能夠建立重構和診斷工具。 官方實現的兩個分支是 .NET Framework（閉源，僅限 Windows）和 .NET Core（開源，跨平台）；它們最終融合為一個開源實現：.NET 5.0。 在 .NET Framework 4.6 中，新的 JIT 編譯器取代了前者。

其他 C# 編譯器（其中一些包括公共語言基礎結構和 .NET 類別程式庫的實現）：

• 微軟的轉軸專案（Rotor Project，目前稱為Shared Source Common Language Infrastructure），提供了通用語言執行層（Common Language Runtime）的實作與C# 編譯器。但是Shared Source Common Language Infrastructure在2006年的2.0版後就停止了。
• 由Microsoft贊助的Mono 專案提供了C# 編譯器，它提供了一個開源 C# 編譯器、一個完整的 CLI 開源實現，同時也接近百分之百地實作了.NET Framework類別庫。而Mono後來衍伸出由微軟認可的第三方套件Xamarin。
• Dot GNU 專案（現已停產）也提供了另一個自由版本的C# 編譯器，也提供了.NET Framework類別庫的實作。

遊戲引擎 Unity 使用C# 作為其主要手稿語言。由於Microsoft 捐贈了 24,000 美元， Godot 遊戲引擎實現了一個可選的 C# 模組。

外部連結

• （英文）C# Language Specification (MSDN)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• （英文）ECMA-334 C# Language Specification (.pdf)
• （英文）ISO/IEC 23270:2003 C# Language Specification（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• （英文）Visual Studio Code（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• （英文）Download .NET（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Visual C# .NET入門 (MSDN)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• MCS: Mono C# 編譯器（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Visual Studio Community（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Visual C# Logo（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• C#教學（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• C# 教材目錄（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）