C#最新高级语法使用示例

C# 最新高级语法使用示例

本文将展示 C# 最新版本（C# 11 及之前）中的高级语法特性，并提供实际使用示例。这些特性包括模式匹配增强、记录类型、init-only 属性、顶级语句、异步流等现代 C# 功能。

一、模式匹配增强

1.1 类型模式匹配

object obj = "Hello, World!";

if (obj is string str && str.Length > 5)
{
    Console.WriteLine($"字符串长度: {str.Length}");
}
else if (obj is int number)
{
    Console.WriteLine($"数字: {number}");
}
else
{
    Console.WriteLine("未知类型");
}

1.2 关系模式和逻辑模式

int value = 42;

// 使用关系模式
if (value is > 0 and < 100)
{
    Console.WriteLine("值在0到100之间");
}

// 使用逻辑模式
if (value is >= 0 or < -10)
{
    Console.WriteLine("值大于等于0或小于-10");
}

1.3 转换模式

object obj = 123.45;

if (obj is double d)
{
    Console.WriteLine($"双精度值: {d}");
}
else if (obj is not null)
{
    Console.WriteLine("不是null，但不是double");
}

二、记录类型(Records)

2.1 不可变数据模型

public record Person(string Name, int Age);

var person1 = new Person("Alice", 30);
var person2 = new Person("Alice", 30);

Console.WriteLine(person1 == person2); // True，值相等
Console.WriteLine(ReferenceEquals(person1, person2)); // False，引用不同

2.2 记录的复制与修改

var person = new Person("Bob", 25);

// 使用with创建副本并修改属性
var updatedPerson = person with { Age = 26 };

Console.WriteLine(updatedPerson); // Person { Name = Bob, Age = 26 }

2.3 位置记录

public record Point(int X, int Y);

var point = new Point(10, 20);
Console.WriteLine(point.X); // 10
Console.WriteLine(point.Y); // 20

三、init-only 属性

3.1 不可变属性

public class Product
{
    public string Name { get; init; }
    public decimal Price { get; init; }
}

var product = new Product 
{ 
    Name = "Laptop", 
    Price = 999.99m 
};

// product.Price = 899.99m; // 编译错误，init-only属性只能在对象初始化时设置

四、顶级语句

4.1 简化程序入口

// 传统方式
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("Hello, World!");
    }
}

// 使用顶级语句
Console.WriteLine("Hello, World!");

// 可以包含using指令
using System;

Console.WriteLine("Hello, World!");

五、异步流(IAsyncEnumerable)

5.1 异步数据流处理

using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync()
{
    for (int i = 1; i <= 5; i++)
    {
        await Task.Delay(500); // 模拟异步操作
        yield return i;
    }
}

async Task ProcessNumbersAsync()
{
    await foreach (var number in GenerateNumbersAsync())
    {
        Console.WriteLine($"收到数字: {number}");
    }
}

六、可空引用类型(Nullable Reference Types)

6.1 明确引用类型是否可为null

#nullable enable

string? nullableString = null; // 允许为null
string nonNullableString = "Hello"; // 不允许为null

// nonNullableString = null; // 编译警告

void PrintName(string name)
{
    Console.WriteLine(name.Length); // 如果name为null会警告
}

PrintName(nullableString!); // 使用!告诉编译器"我知道这是非null的"

七、模式匹配增强示例

7.1 复杂对象模式匹配

public abstract record Shape;

public record Circle(double Radius) : Shape;
public record Rectangle(double Width, double Height) : Shape;

Shape shape = new Circle(5);

// 使用switch表达式进行模式匹配
double area = shape switch
{
    Circle c => Math.PI * c.Radius * c.Radius,
    Rectangle r => r.Width * r.Height,
    _ => throw new ArgumentException("未知形状")
};

Console.WriteLine($"面积: {area}");

7.2 属性模式匹配

public record Person(string Name, int Age, string? City);

Person person = new Person("Alice", 30, "New York");

// 使用属性模式匹配
string info = person switch
{
    { Age: > 60 } => "老年人",
    { Age: > 18, City: "New York" } => "纽约成年人",
    { Age: > 18 } => "成年人",
    _ => "未成年人"
};

Console.WriteLine(info); // 输出: 纽约成年人

八、记录类型与模式匹配结合

public record Order(int Id, string Product, decimal Price, DateTime Date);

Order order = new Order(1, "Laptop", 999.99m, DateTime.Now);

// 使用with创建修改后的订单
var updatedOrder = order with { Price = 899.99m };

// 使用模式匹配处理不同类型的订单
object orderOrProduct = order;

string description = orderOrProduct switch
{
    Order o when o.Price > 500 => $"高价订单 #{o.Id}",
    Order o => $"普通订单 #{o.Id}",
    _ => "未知对象"
};

Console.WriteLine(description); // 输出: 高价订单 #1

九、顶级语句与异步流结合

#nullable enable

using System;
using System.Threading.Tasks;

// 顶级语句示例
await foreach (var number in GenerateNumbersAsync())
{
    Console.WriteLine($"异步数字: {number}");
}

async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync()
{
    for (int i = 1; i <= 3; i++)
    {
        await Task.Delay(300);
        yield return i;
    }
}

十、记录类型与可空引用类型

#nullable enable

public record User(string Name, string? Email);

User user1 = new User("Bob", "bob@example.com");
User user2 = new User("Charlie", null); // 允许Email为null

// 使用模式匹配处理可能为null的Email
string emailInfo = user2 switch
{
    User u when u.Email != null => $"邮箱: {u.Email}",
    User u => "无邮箱信息"
};

Console.WriteLine(emailInfo); // 输出: 无邮箱信息

十一、高级模式匹配示例

11.1 元组模式匹配

var point = (X: 10, Y: 20);

string position = point switch
{
    (0, 0) => "原点",
    (0, _) => "Y轴上",
    (_, 0) => "X轴上",
    (x, y) when x > 0 && y > 0 => "第一象限",
    (x, y) when x < 0 && y > 0 => "第二象限",
    (x, y) when x < 0 && y < 0 => "第三象限",
    (x, y) when x > 0 && y < 0 => "第四象限",
    _ => "坐标轴上"
};

Console.WriteLine(position); // 输出: 第一象限

11.2 类型测试与转换模式

object obj = "Test";

string result = obj switch
{
    string s => $"字符串长度: {s.Length}",
    int i when i > 0 => $"正整数: {i}",
    int i => $"非正整数: {i}",
    null => "null值",
    _ => "其他类型"
};

Console.WriteLine(result); // 输出: 字符串长度: 4

十二、记录结构体(Record Structs)

12.1 轻量级不可变数据

public readonly record struct Point(int X, int Y);

Point p1 = new Point(1, 2);
Point p2 = new Point(1, 2);

Console.WriteLine(p1 == p2); // True，值相等
Console.WriteLine(ReferenceEquals(p1, p2)); // False

十三、密封记录(Sealed Records)

public sealed record Person(string Name, int Age)
{
    // 不能被继承
}

// public record Employee : Person // 编译错误，Person是密封的

十四、记录工厂方法

public record Product(string Name, decimal Price)
{
    public static Product Create(string name, decimal price)
    {
        return new Product(name, price);
    }
}

var product = Product.Create("Laptop", 999.99m);

十五、综合示例：电商订单处理

#nullable enable
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;

public record OrderItem(string ProductName, int Quantity, decimal UnitPrice);
public record Order(int Id, string CustomerName, List<OrderItem> Items, DateTime OrderDate);

public class OrderProcessor
{
    public async Task ProcessOrdersAsync(IEnumerable<Order?> orders)
    {
        await foreach (var order in orders.ToAsyncEnumerable())
        {
            if (order is null) continue;
            
            Console.WriteLine($"处理订单 #{order.Id} - {order.CustomerName}");
            
            var total = order.Items.Sum(i => i.Quantity * i.UnitPrice);
            Console.WriteLine($"总金额: {total:C}");
            
            var discounted = order switch
            {
                { Items.Count: > 5, OrderDate: >= new DateTime(2023, 1, 1) } 
                    => total * 0.9m, // 5件以上订单9折
                { Items.Any(i => i.ProductName.Contains("Premium")) } 
                    => total * 0.95m, // 包含Premium产品95折
                _ => total
            };
            
            Console.WriteLine($"折扣后金额: {discounted:C}");
        }
    }
}

// 使用示例
var processor = new OrderProcessor();

var orders = new List<Order?>
{
    new Order(1, "Alice", new List<OrderItem>
    {
        new("Laptop", 1, 999.99m),
        new("Mouse", 2, 25.50m)
    }, DateTime.Now.AddDays(-1)),
    
    new Order(2, "Bob", new List<OrderItem>
    {
        new("Premium Headphones", 1, 199.99m),
        new("Keyboard", 1, 89.99m)
    }, DateTime.Now),
    
    null // 测试null处理
};

await processor.ProcessOrdersAsync(orders.ToAsyncEnumerable());

十六、总结

C# 的最新高级语法特性极大地提升了代码的表达能力和开发效率：

1. ​​模式匹配​​：使复杂条件逻辑更加清晰和简洁
2. ​​记录类型​​：简化了不可变数据模型的实现
3. ​​init-only 属性​​：提供了更安全的对象初始化方式
4. ​​顶级语句​​：简化了小程序的编写
5. ​​异步流​​：改进了异步数据处理的API
6. ​​可空引用类型​​：帮助减少空引用异常