C# 語言入門基礎介紹

Posted on by

前言：

C#（讀作“See Sharp”）是一種新式編程語言，不僅面向對象，還類型安全。 開發人員利用 C# 能夠生成在 .NET 中運行的多種安全可靠的應用程序。 C# 源於 C 語言系列，C、C++、Java 和 JavaScript 程序員很快就可以上手使用。 本教程概述瞭 C# 8 及更高版本中該語言的主要組件。

C# 是面向對象的、面向組件的編程語言。 C# 提供瞭語言構造來直接支持這些概念，讓 C# 成為一種非常自然的語言，可用於創建和使用軟件組件。 自誕生之日起，C# 就添加瞭支持新工作負載和新興軟件設計實踐的功能。 C# 本質上是面向對象的語言。_* 你需要定義類型及其行為。

多項 C# 功能有助於創建可靠且持久的應用程序。 垃圾回收自動回收不可訪問的未用對象所占用的內存。 可以為 null 的類型可防范不引用已分配對象的變量。 異常處理提供瞭一種結構化且可擴展的方法來進行錯誤檢測和恢復。 Lambda 表達式支持函數編程技術。 語言集成查詢 (LINQ) 語法創建一個公共模式，用於處理來自任何源的數據。 異步操作語言支持提供用於構建分佈式系統的語法。 C# 有統一類型系統。 所有 C# 類型（包括 int 和 double 等基元類型）均繼承自一個根 object 類型。 所有類型共用一組通用運算。 任何類型的值都可以一致地進行存儲、傳輸和處理。 此外，C# 還支持用戶定義的引用類型和值類型。 C# 允許動態分配輕型結構的對象和內嵌存儲。 C# 支持泛型方法和類型，因此增強瞭類型安全性和性能。 C# 可提供迭代器，使集合類的實現者可以定義客戶端代碼的自定義行為。

C# 強調版本控制，以確保程序和庫以兼容方式隨時間推移而變化。 C# 設計中受版本控制加強直接影響的方面包括：單獨的 virtual 和 override 修飾符，關於方法重載決策的規則，以及對顯式接口成員聲明的支持。

一、.NET 體系結構

C# 程序在 .NET 上運行，而 .NET 是名為公共語言運行時 (CLR) 的虛執行系統和一組類庫。 CLR 是 Microsoft 對公共語言基礎結構 (CLI) 國際標準的實現。 CLI 是創建執行和開發環境的基礎，語言和庫可以在其中無縫地協同工作。

用 C# 編寫的源代碼被編譯成符合 CLI 規范的中間語言 (IL)。 IL 代碼和資源（如位圖和字符串）存儲在擴展名通常為 .dll 的程序集中。 程序集包含一個介紹程序集的類型、版本和區域性的清單。

執行 C# 程序時，程序集將加載到 CLR。 CLR 會直接執行實時 (JIT) 編譯，將 IL 代碼轉換成本機指令。 CLR 可提供其他與自動垃圾回收、異常處理和資源管理相關的服務。 由 CLR 執行的代碼有時稱為“托管代碼”。 “非托管代碼”編譯為面向特定平臺的本機語言。

語言互操作性是 .NET 的一項重要功能。 C# 編譯器生成的 IL 代碼符合公共類型規范 (CTS)。 通過 C# 生成的 IL 代碼可以與通過 .NET 版本的 F#、Visual Basic、C++ 生成的代碼進行交互。 還有 20 多種與 CTS 兼容的語言。 單個程序集可包含多個用不同 .NET 語言編寫的模塊。 這些類型可以相互引用，就像它們是用同一種語言編寫的一樣。

除瞭運行時服務之外，.NET 還包含大量庫。 這些庫支持多種不同的工作負載。 它們已整理到命名空間中，這些命名空間提供各種實用功能。 這些功能包括文件輸入輸出、字符串控制、XML 分析、Web 應用程序框架和 Windows 窗體控件。 典型的 C# 應用程序廣泛使用 .NET 類庫來處理常見的“管道”零碎工作。

二、Hello world

“Hello, World”程序歷來都用於介紹編程語言。

下面展示瞭此程序的 C# 代碼：

using System;

class Hello
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello, World");
    }
}

“Hello, World”程序始於引用 System 命名空間的 using 指令。 命名空間提供瞭一種用於組織 C# 程序和庫的分層方法。 命名空間包含類型和其他命名空間。例如，System 命名空間包含許多類型（如程序中引用的 Console 類）和其他許多命名空間（如 IO 和 Collections）。 借助引用給定命名空間的 using 指令，可以非限定的方式使用作為相應命名空間成員的類型。 由於使用 using 指令，因此程序可以使用 Console.WriteLine 作為 System.Console.WriteLine 的簡寫。

“Hello, World”程序聲明的 Hello 類隻有一個成員，即 Main 方法。 Main 方法使用 static 修飾符進行聲明。 實例方法可以使用關鍵字 this 引用特定的封閉對象實例，而靜態方法則可以在不引用特定對象的情況下運行。 按照約定，Main 靜態方法是 C# 程序的入口點。

程序的輸出是由 System 命名空間中 Console 類的 WriteLine 方法生成。 此類由標準類庫提供。默認情況下，編譯器會自動引用標準類庫。

三、類型和變量

類型定義 C# 中的任何數據的結構和行為。 類型的聲明可以包含其成員、基類型、它實現的接口和該類型允許的操作。 變量是用於引用特定類型的實例的標簽。

C# 有兩種類型：值類型 和 引用類型。 值類型的變量直接包含它們的數據。 引用類型的變量存儲對數據（稱為“對象”）的引用。 對於引用類型，兩個變量可以引用同一個對象；對一個變量執行的運算可能會影響另一個變量引用的對象。 借助值類型，每個變量都有自己的數據副本；因此，對一個變量執行的運算不會影響另一個變量（ref 和 out 參數變量除外）。

標識符為變量名稱。 標識符是不包含任何空格的 unicode 字符序列。 如果標識符的前綴為 @，則該標識符可以是 C# 保留字。 在與其他語言交互時，使用保留字作為標識符很有用。

C# 的值類型進一步分為：簡單類型、枚舉類型、結構類型、可以為 null 的值類型和元組值類型。 C# 引用類型又細分為類類型、接口類型、數組類型和委托類型。

C# 程序使用 類型聲明 創建新類型。 類型聲明指定新類型的名稱和成員。 用戶可定義以下六種 C# 類型：類類型、結構類型、接口類型、枚舉類型、委托類型和元組值類型。 還可以聲明 record 類型（record struct 或 record class）。 記錄類型具有編譯器合成成員。 記錄主要用於存儲值，關聯行為最少。

class 類型定義包含數據成員（字段）和函數成員（方法、屬性及其他）的數據結構。 類類型支持單一繼承和多形性，即派生類可以擴展和專門針對基類的機制。
struct 類型定義包含數據成員和函數成員的結構，這一點與類類型相似。 不過，與類不同的是，結構是值類型，通常不需要進行堆分配。 結構類型不支持用戶指定的繼承，並且所有結構類型均隱式繼承自類型 object。
interface 類型將協定定義為一組已命名的公共成員。 實現 interface 的 class 或 struct 必須提供接口成員的實現代碼。 interface 可以繼承自多個基接口，class 和 struct 可以實現多個接口。
delegate 類型表示引用包含特定參數列表和返回類型的方法。 通過委托，可以將方法視為可分配給變量並可作為參數傳遞的實體。 委托類同於函數式語言提供的函數類型。 它們還類似於其他一些語言中存在的“函數指針”概念。 與函數指針不同，委托是面向對象且類型安全的。
class、struct、interface 和 delegate 類型全部都支持泛型，因此可以使用其他類型對它們進行參數化。

C# 支持任意類型的一維和多維數組。 與上述類型不同，數組類型無需先聲明即可使用。 相反，數組類型是通過在類型名稱後面添加方括號構造而成。 例如，int[] 是 int 類型的一維數組，int[,] 是 int 類型的二維數組，int[][] 是由 int 類型的一維數組或“交錯”數組構成的一維數組。

可以為 null 的類型不需要單獨定義。 對於所有不可以為 null 的類型 T，都有對應的可以為 null 的類型 T?，後者可以包含附加值 null。 例如，int? 是可保存任何 32 位整數或 null 值的類型，string? 是可以保存任何 string 或 null 值的類型。

C# 采用統一的類型系統，因此任意類型的值都可視為 object。 每種 C# 類型都直接或間接地派生自 object 類類型，而 object 是所有類型的最終基類。 隻需將值視為類型 object，即可將引用類型的值視為對象。 通過執行 裝箱 和 取消裝箱操作，可以將值類型的值視為對象。 在以下示例中，int 值被轉換成 object，然後又恢復成 int。

int i = 123;
object o = i;    // Boxing
int j = (int)o;  // Unboxing

將值類型的值分配給 object 對象引用時，會分配一個“箱”來保存此值。 該箱是引用類型的實例，此值會被復制到該箱。 相反，當 object 引用被顯式轉換成值類型時，將檢查引用的 object 是否是具有正確值類型的箱。 如果檢查成功，則會將箱中的值復制到值類型。

C# 的統一類型系統實際上意味著“按需”將值類型視為 object 引用。 鑒於這種統一性，使用類型 object 的常規用途庫可以與派生自 object 的所有類型結合使用，包括引用類型和值類型。

C# 有多種 變量，其中包括字段、數組元素、局部變量和參數。 變量表示存儲位置。 每個變量都具有一種類型，用於確定可以在變量中存儲哪些值，

如下文所述：

不可以為 null 的值類型

  • 具有精確類型的值

可以為 null 的值類型

  • null 值或具有精確類型的值

object

  • null 引用、對任意引用類型的對象的引用，或對任意值類型的裝箱值的引用

類類型

  • null 引用、對類類型實例的引用，或對派生自類類型的類實例的引用

接口類型

  • null 引用、對實現接口類型的類類型實例的引用，或對實現接口類型的值類型的裝箱值的引用

數組類型

  • null 引用、對數組類型實例的引用，或對兼容的數組類型實例的引用

委托類型

  • null 引用或對兼容的委托類型實例的引用

四、程序結構

C# 中的關鍵組織結構概念包括程序、命名空間、類型、成員和程序集* 。 程序聲明類型，而類型則包含成員，並被整理到命名空間中。 類型示例包括類、結構和接口。 成員示例包括字段、方法、屬性和事件。 編譯完的 C# 程序實際上會打包到程序集中。 程序集的文件擴展名通常為 .exe 或 .dll，具體視其分別實現的是應用程序還是庫_***而定。

作為一個小示例，請考慮包含以下代碼的程序集：

namespace Acme.Collections;

public class Stack<T>
{
    Entry _top;

    public void Push(T data)
    {
        _top = new Entry(_top, data);
    }

    public T Pop()
    {
        if (_top == null)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }
        T result = _top.Data;
        _top = _top.Next;

        return result;
    }

    class Entry
    {
        public Entry Next { get; set; }
        public T Data { get; set; }

        public Entry(Entry next, T data)
        {
            Next = next;
            Data = data;
        }
    }
}

此類的完全限定的名稱為 Acme.Collections.Stack。

 此類包含多個成員：一個 _top 字段、兩個方法（Push 和 Pop）和一個 Entry 嵌套類。 Entry 類還包含三個成員：一個名為 Next 的屬性、一個名為 Data 的屬性和一個構造函數。 Stack 是泛型類。 它具有一個類型參數 T，在使用時替換為具體類型。

堆棧是一個“先進後出”(FILO) 集合。 添加到堆棧頂部的新元素。 刪除元素時，將從堆棧頂部刪除該元素。 前面的示例聲明定義堆棧的存儲和行為的 Stack 類型。 可以聲明一個引用 Stack 類型的實例的變量來使用該功能。

程序集包含中間語言 (IL) 指令形式的可執行代碼和元數據形式的符號信息。 執行前，.NET 公共語言運行時的實時 (JIT) 編譯器會將程序集中的 IL 代碼轉換為特定於處理器的代碼。

由於程序集是包含代碼和元數據的自描述功能單元，因此無需在 C# 中使用 #include 指令和頭文件。 隻需在編譯程序時引用特定的程序集，即可在 C# 程序中使用此程序集中包含的公共類型和成員。

例如，此程序使用 acme.dll 程序集中的 Acme.Collections.Stack 類：

class Example
{
    public static void Main()
    {
        var s = new Acme.Collections.Stack<int>();
        s.Push(1); // stack contains 1
        s.Push(10); // stack contains 1, 10
        s.Push(100); // stack contains 1, 10, 100
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1, 10
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack contains 1
        Console.WriteLine(s.Pop()); // stack is empty
    }
}

若要編譯此程序，需要引用包含前面示例中定義的堆棧類的程序集。

C# 程序可以存儲在多個源文件中。 在編譯 C# 程序時，將同時處理所有源文件，並且源文件可以自由地相互引用。 從概念上講，就好像所有源文件在被處理之前都連接到一個大文件。 在 C# 中永遠都不需要使用前向聲明，因為聲明順序無關緊要（極少數例外情況除外）。 C# 並不限制源文件隻能聲明一種公共類型，也不要求源文件的文件名必須與其中聲明的類型相匹配。

到此這篇關於C# 語言入門基礎介紹的文章就介紹到這瞭,更多相關C# 語言介紹內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

推薦閱讀：