C#.Net築基-基礎知識

---

01、C#基礎概念

1.1、C#簡介

C# （讀作C Sharp）是由微軟公司開發的一種物件導向、型別安全、高效且簡單的程式語言，最初於 2000 年釋出，並隨後成為 .NET 框架的一部分。所以學習C#語言的同時，也是需要同步學習.NET框架的，不過要要注意C#與.NET的對應版本。

C#語言和Java類似，是一門簡單易用、應用廣泛的高階程式語言。結合了物件導向程式設計、事件驅動、泛型程式設計、非同步程式設計等眾多現代化程式設計概念，屬於編譯性語言。主要特點：

• 物件導向：封裝（類與物件）、繼承（類繼承、介面繼承）、多型等（類繼承、多介面繼承實現）。
• 型別安全：強型別安全，在編譯時檢測，提高程式碼可靠性。
• 互動性，易於各種語言互動，如VB、F#、C++、JavaScript、Python等。
• GC管理：自動記憶體管理，C# 採用垃圾回收機制，無需申請、釋放記憶體，減少記憶體洩漏風險。
• 開源跨平臺：.NETCore框架是開源跨平臺的，支援多種作業系統。
• 強大的標準庫，C#擁有豐富的標準類庫（.NET Framework或.NET Core），內建各種功能和工具。
• 宇宙第一開發IDE： Visual Studio 提供了強大的開發、除錯和設計工具。

.NET Framework最高支援C#語法版本是C#7.3、.NET Standard 2.1，可以基於該版本學習，後面的版本可以根據需要學習新增特性即可。

圖來源：C#.NET體系圖文概述

1.2、開發環境

• 執行環境：安裝.NET SDK：下載 .NET， 下載.NET Framework
• 開發環境：開發IDE工具安裝 Visual Studio ，內建很多開發套件，及多個版本的SDK。

📢 推薦安裝Enterprise 企業版！功能最全。開發工具瞭解：《Visual Studio工具使用入門》

1.3、Hello World

using System; //引用using
namespace ConsoleApp_Net48  //申明名稱空間
{
    internal class Program  //定義類
    {
        static void Main(string[] args)   //方法，控制檯入口函式
        {
            Console.WriteLine("Hello World!");  //控制檯列印輸出
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

• using 引用名稱空間資源。
• namespace 名稱空間 ：一組程式碼資源（類、結構、列舉、委託等）的集合。
• class 類：定義一個類，C#中最常用的程式碼組織單元。
• 方法：特定功能的程式碼塊，有輸入和輸出（也可為空）。

---

02、基礎語法

C#程式碼以行為單位，（半形）分號;結尾，花括號{ 程式碼塊 }為一個獨立的程式碼區域。

2.1、變數申明

變數型別 變數名 = 值，變數就是物件值的名字，就像人的名字一樣，透過變數來訪問具體的物件值。變數可以是區域性變數、引數、欄位、陣列、物件例項、委託等。

• 申明變數、賦值可以一次性，也可分開，也可以一次性申明多個變數。
• 變數的使用前必須初始化（賦值），使用未賦值的變數會引發異常。
• 同一作用域內，一個變數名只能申明一次，不可重複。
• 字串用“雙引號”，單個字元用'單引號'。

也可以用var申明，編譯器透過值型別推斷其具體變數型別，因此申明時必須賦值，var是一個語法糖。

int age; //先申明，後賦值
age = 12;
float weight = 55.55f;
double height = 188.88d; //末尾可以不用帶d，預設就是double
var name = "sam";
var lastName = 'T';
string f1, f2, f3 = "F3"; //申明瞭3個變數，對f3賦值了
var user = new User();    //建立一個User物件例項
User user2 = new User();  //建立一個User物件例項

2.2、程式碼風格

C#程式碼的命名風格大多為駝峰命名為主，相對比較統一，不像前端那麼麻煩，HTML、CSS、JS、URL各不相同。

• 區分大小寫，字母、數字、下劃線組成，不能數字開頭，不能是關鍵字。C#中的關鍵字還是挺多的，參考 C# 關鍵字。
• 駝峰命名：
  • 檔名、類名、介面、方法等都是大駝峰：UserName。
  • 區域性變數為小駝峰：userName。
  • 欄位：下劃線+小駝峰/大駝峰都可以 _userName、_UserName，或者"m_"開頭，按照團隊規範即可。
  • 常量：全大寫（下劃線分割），或者大駝峰都可以，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、註釋：//

• 單行註釋：//開頭。
• 多行註釋：/*多行註釋 */（同css）
• XML註釋：///用於型別定義、方法、屬性、欄位等成員的XML註釋，參考：《C#文件XML註釋》

/// <summary>
/// XML註釋，計算和
/// </summary>
public void Sum(int a, int b)
{
	//單行註釋
	int sum = a + b;
	/*
	多行註釋
	輸出結果
	*/
	Console.WriteLine(sum);
}

2.4、作用域

變數的作用域就是指變數的有效範圍，C#中的作用域可以簡單理解為 花括號{ 程式碼塊 } 的範圍，可以是類、方法、控制邏輯（for、while等），或者就一個單純的{}。

• 一個花括號 {}內程式碼為一個獨立的程式碼區域，有獨立的作用域，變數在該作用域內有效。
• 花括號 {}作用域可以多級巢狀，比如類中包含方法，方法內包括控制邏輯，子作用域可以訪問父級的變數（欄位、屬性、方法、具備變數）。簡單理解就是：子級可以訪問父級的成員。

private int x = 1; //類欄位
void Main()
{ 
	var y = 1 + x; //私有變數
	if (y > 0)
	{
		int z = x + y + 1; //可以訪問父級成員
		Console.WriteLine(z);
		{
			int w = x+y+z+1;  //可以訪問父級成員，及父級的父級
			Console.WriteLine(w);
		}
	}
}

📢一般情況下，變數的作用域是由程式碼的詞法環境（就是編寫程式碼的位置）來決定的，這比較容易理解。例外情況就是C#中的閉包，常見於動態函式、委託。

---

03、申明語句

申明變數	說明
Type v	申明指定型別的變數，int x，List<int> list
var	隱式匿名型別var，用var申明變數，編譯器根據值推斷出型別變數，因此要求必須賦初始值。
const	申明一個常量，申明時必須賦初始值，且不可修改
ref	reference 變數是引用另一個變數（稱為引用）的變數，可以看做是其別名（分身）

void Main()
{
	int x =100;
	List<int> list = new List<int>();
	List<int> list2 = new();  //前面已知了型別，後面可省略
	int[] arr = [1,2,3];      //C#12的集合表示式，方便的建立陣列、集合
    List<int> arr2 = [1,2,3];

    var n = 1;  //匿名型別，自動推斷型別
    var list3 = new List<int>;

    ref int n2 = ref n; //ref另一個變數的別名，n2、n實際指向同一個值，是等效的

    const int max =100; //常量

    var (name,age) = ("sam",18); //多個變數一起申明、賦值，這只是一種簡化的語法糖
    (x, n) = (n, x);             //還可以用該語法交換變數值，非常優雅
}

3.1、const常量

const 常量，顧名思義就是值永遠不會改變的“變數”，可用於區域性變數、欄位。比如Math.PI，Int.MaxValue，用於一些已知的、不會改變的值。

• 申明常量的同時必須賦初始化值，不可修改，在編譯時值會內聯到程式碼中。
• 常量只能用於C#內建的值型別、列舉，及字串。
• 常量值支援表示式，不過僅限於簡單的運算，要能在編譯時計算出確定的值。
• 列舉其實也是常量。
• 當用定義const 欄位時，該常量欄位就和靜態欄位一樣，屬於類本身，直接使用。

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

📢 要注意常量（包括列舉）在編譯時是把值內聯到IL程式碼中的，因此如果跨程式集引用時，必須一起更新，否則就會出Bug。

3.2、ref 引用（別名/分身）

ref 關鍵字的核心點就是引用另一個變數的地址，可看做是其別名（分身），指向同一地址。作用和指標操作比較相似，int* y = &x;，不過ref更安全、更方便。
具體在使用上有以下一些場景：

使用場景	說明
引用傳遞引數	方法呼叫時傳遞引用引數，方法內可修改引數值 ，Foo(ref int number)
ref return	返回一個ref變數，public ref int Foo(ref int n){return ref n;}
ref 變數	引用另一個區域性變數，ref int y = ref x
ref 條件表示式	ref 用在三元表示式條件? ref (true):ref (fasle)中，返回引用
ref struct	讓struct完全分配在棧上、不能裝箱，只能用於區域性變數、引數，一些高效能的場景

int x = 1;
ref int y = ref x;  //x、y其實同一個變數
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //1,1
x++;
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //2,2
y++;
Console.WriteLine($"{x},{y}"); //3,3

//換個陣列
int[] arr = new int[] { 0, 1, 2};
ref int a = ref arr[0];
a=100;
Console.WriteLine(arr); //100 1 2

• ref readonly ：所指向的變數不能修改值，但可以用ref重新分配一個reference 變數。
• ref返回值：用於一個方法的返回值，返回一個變數的引用（別名）

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];
}

🔊 在某些場景使用ref可以避免值型別在傳遞時的複製操作，從而提高效能，不過不同場景不同，需要具體分析、經過效能測試再確定。

---

04、常用（控制）語句

語句	說明
if	條件語句，if(true){ 執行 }
if...else	條件語句，if(true){} else(){}
if...else if...else	同上，中間可以接多個else if，不過這個時候一般建議重構下，比如用你switch模式匹配
switch...case	根據條件處理多個分支：switch(條件){ case }。case命中後，注意break結束，否則會繼續執行
while(true){}	迴圈：條件為true就會迴圈執行
dowhile(true)	迴圈：先執行後判斷條件
for迴圈	迴圈：for條件迴圈，支援多個語句逗號隔開。for(int i =0; i<max; i++)
foreach in	迴圈元素：foreeach(int item in items)，實現了IEnumerable，或有無引數 GetEnumerator()
await foreach	foreach的 非同步版本
List.ForEach()	List<T>自帶的迴圈執行方法，list.ForEach(s=> s.Dump());
break	跳出迴圈語句，for、foreach、while、switch、do。跳出最近的語句塊，如果多層巢狀只會對最近的有效
continue	繼續下一次迴圈，只是後面的程式碼不執行了，應用條件同break
return	結束方法/函式並返回結果（若有），注意是針對函式的。
goto	跳轉語句到指定標籤，單獨標籤或者case值，一般不建議使用，goto可讀性不太好
throw	丟擲異常，不再執行後面的程式碼
try.catch.finally	異常處理，throw 丟擲一個異常
checked、unchecked	對整數運算語句進行溢位檢查、不檢查，如果檢查溢位會丟擲OverflowException
fixed	申明指標固定一個可移動（回收）變數，防止被GC回收，在unsafe程式碼中執行
stackalloc	在堆疊上分配記憶體，int* ptr = stackalloc int[10]
lock	互斥鎖 Monitor 的語法糖，保障同時只有一個執行緒訪問共享資源 lock(obj){ }
using	引用名稱空間，釋放IDisposable ，
yield	用於迭代器中返回一個迭代值yield return value，或表示迭代結束yield break。

📢 switch 在C#8以上的更多特性，參考後文《C#的模式匹配》

4.1、try-catch異常處理

一個標準的異常處理流程：

• try：功能程式碼，需要捕獲異常的地方。
• catch：捕獲異常，處理異常。支援多個catch語句，捕獲不同的異常，多個catch按照順序執行。catch後面可以用when表示式新增更多篩選條件。
• finally：最後執行的程式碼，無論是否有異常發生都會執行，多用於最後的清理工作。
• throw：可以丟擲一個新的異常，也可以在catch直接throw;，保留原始堆疊資訊。

	try
	{
		//功能程式碼
		throw new ArgumentException("引數name為null");
	}
	//用when新增更詳細的篩選條件
	catch (ArgumentException e) when (e.InnerException ==null)
	{
		//處理異常，如記錄日誌
	}
	catch (Exception e)
	{
		//處理異常
		throw; //直接throw，保留原始堆疊資訊
	}
	finally
	{
		//最後執行的程式碼，無論是否有異常發生都會執行，多用於最後的清理工作
	}

📢非同步（執行緒）中的異常一般不會丟擲到呼叫執行緒（或主執行緒），只會在await，或獲取Task.Result時才會被丟擲來，更多可檢視非同步程式設計相關章節。

4.2、using 的5種用法

using 在C#中有很多中用途，常用來引用名稱空間、簡化釋放資源。

using 用途	說明
using namespace	引用名稱空間，比較常用，基本每個類都會使用。
global using	專案全域性引用，避免每個類都重複using 相同的名稱空間。
using 別名	用using來建立名稱空間或型別的別名，簡化程式碼中的使用。
using static	引入一個型別的靜態成員、巢狀型別，程式碼中直接使用引入的靜態成員。
using 語句	using 語句可確保正確使用 IDisposable 例項，using(var r){}，簡化後無需括號

📢 名稱空間 namespace 用於組織程式碼（作用域）的主要方式，用關鍵字namespace來命名，可巢狀。C#10 中可以用檔案範圍名稱空間，減少一層括號巢狀。

• global using的最佳實現是一般建立一個公共的類檔案“Usings.cs”，專門放置專案中全域性的公共using。
• 用using來建立名稱空間別名，使用時需要用到運算子::來訪問下級。
• using可建立任意型別的別名，包括陣列、泛型、元祖、指標。

global using System.Text; //全域性引用名稱空間

using System.Text; //引用名稱空間

using json = System.Text.Json.JsonSerializer;  //型別別名
using NumberList = double[];     //型別別名：陣列
using Point = (int X, int Y);    //型別別名：元祖ValueTuple<int, int>
using jsons = System.Text.Json;  //空間別名

//namespace myspace; 效果同下，簡化寫法，可節省一對大括號
namespace myspace
{
	public class Program
	{
		void Main()
		{
			json.Serialize(new Object());
			jsons::JsonSerializer.Serialize(new Object()); //這用到運算子::
            NumberList arr = [1,2,3];
		}
	}
}

📢 從.Net6開始，C#專案會根據專案型別隱式包含一些using引用，比如System、System.Text。

• using static，引入一個型別的靜態成員、巢狀型別，程式碼中直接使用引入的靜態方法。

using static System.Math;

void  Main()
{
	var a = Abs(-2 * PI ); //直接使用Math下的靜態成員
}

🔸using 語句確保物件在using語句結束時被釋放（呼叫Dispose）。也可以直接用using申明變數，不用大括號{}，這是一種簡化的寫法，會在作用域（方法、語句塊）結束時釋放。

using (StreamReader reader = File.OpenText("numbers.txt"))
{
    Console.WriteLine("do read...");
}
// 簡化寫法，效果和上面一樣，直接用using修飾 變數申明
using StreamReader reader2 = File.OpenText("numbers.txt");

//編譯後的程式碼：
StreamReader reader = File.OpenText ("numbers.txt");
try
{
    Console.WriteLine ("do read...");
}
finally
{
    if (reader != null)
    {
        ((IDisposable)reader).Dispose ();
    }
}

📢 using語句是一種語法糖，會自動生成try...finally程式碼。

---

參考資料

• C#DotNet資料導航
• C#.NET體系圖文概述—2024總結
• C# 語言文件
• 《C#8.0 In a Nutshell》

---

©️版權申明：版權所有@安木夕，本文內容僅供學習，歡迎指正、交流，轉載請註明出處！原文編輯地址-語雀