探索 C# 的进阶特性

随着 C# 语言的不断演进，越来越多的特性被引入，提升了代码的可读性和性能。这些进阶特性为开发者提供了更多简洁而强大的工具，用来编写高效、优雅的代码。本文将介绍 C# 中的一些重要进阶特性，包括属性模式匹配、异常过滤器、记录类型、表达式体成员、Span<T> 与 Memory<T>。

1. 属性模式匹配

属性模式匹配 是 C# 8.0 引入的一项功能，它允许开发者基于对象的属性进行模式匹配。在此基础上，开发者可以根据条件检查对象的状态或类型，编写更加简洁和表达力强的代码。

示例：属性模式匹配

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

public static string GetPersonCategory(Person person) =>
    person switch
    {
        { Age: < 18 } => "Minor",
        { Age: >= 18 and <= 65 } => "Adult",
        { Age: > 65 } => "Senior",
        _ => "Unknown"
    };

在这个例子中，switch 表达式使用属性模式匹配 Age 属性来判断一个人是未成年、成年人还是老年人。这种模式匹配可以避免冗长的 if-else 语句，并使代码更加清晰。

2. 异常过滤器

异常过滤器 是一种在异常处理过程中增加条件判断的特性。通过异常过滤器，可以在 catch 语句中增加条件，确保只有特定情况下才会捕获异常，避免过度捕获。

示例：异常过滤器

try
{
    // 可能抛出异常的代码
}
catch (InvalidOperationException ex) when (ex.Message.Contains("Critical"))
{
    Console.WriteLine("Critical error occurred.");
}

在这个示例中，catch 语句中使用了 when 关键字来过滤异常，只有当 InvalidOperationException 的消息包含 "Critical" 字符串时才会捕获异常。异常过滤器提高了异常处理的灵活性和准确性。

3. 记录类型（Record Types）

记录类型（Record Types） 是 C# 9.0 引入的一个新特性，主要用于不可变数据模型的创建。记录类型非常适合定义简单的 DTO（数据传输对象）或不可变对象。记录类型默认实现了值相等性和不可变性。

示例：记录类型

public record Person(string Name, int Age);

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

Console.WriteLine(person1 == person2);  // 输出：True

在上面的示例中，Person 记录类型具有简洁的语法，且默认实现了值相等性。即使 person1 和 person2 是不同的实例，由于它们的属性相同，因此它们是相等的（与 class 不同，class 的比较是基于引用的）。

记录类型还支持通过 with 表达式进行属性的部分更新：

var person3 = person1 with { Age = 31 };
Console.WriteLine(person3.Age);  // 输出：31

4. 表达式体成员

表达式体成员 提供了一种简化方法定义属性、方法或构造函数的方式，特别适用于只包含单行逻辑的场景。它通过 => 符号将方法体简化为一个表达式。

示例：表达式体成员

public class Circle
{
    public double Radius { get; }
    public Circle(double radius) => Radius = radius;

    public double Area => Math.PI * Radius * Radius;

    public override string ToString() => $"Circle with Radius {Radius}";
}

在这个例子中，Circle 类使用了表达式体构造函数和属性 Area，以及 ToString 方法。与传统的写法相比，表达式体成员让代码更加简洁直观。

5. Span<T> 与 Memory<T>

Span<T> 和 Memory<T> 是 C# 中用于高效处理内存的结构，它们提供了更轻量的方式来操作数组或内存片段，不需要进行额外的内存分配。Span<T> 是栈分配的，而 Memory<T> 则可以用于托管堆或非托管堆的内存访问。

Span<T> 示例

Span<int> numbers = stackalloc int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
numbers[0] = 10;

foreach (var num in numbers)
{
    Console.WriteLine(num);  // 输出：10, 2, 3, 4, 5
}

在这个例子中，stackalloc 在栈上分配了内存，Span<T> 提供了对该内存的高效访问，而不需要像数组一样分配到堆上。Span<T> 的高效性使它非常适合对性能要求较高的场景，比如处理大规模数组、字符串分片等。

Memory<T> 示例

Memory<int> memory = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
var slice = memory.Slice(1, 3);

foreach (var num in slice.Span)
{
    Console.WriteLine(num);  // 输出：2, 3, 4
}

Memory<T> 与 Span<T> 类似，但可以跨越栈和堆，适合异步方法或持久性数据操作场景。它们与 .NET 的高效内存处理机制紧密结合，减少了内存分配和复制的开销。

结论

C# 的这些进阶特性提升了语言的表现力和性能，帮助开发者编写更简洁、高效的代码：

• 属性模式匹配 简化了对象属性的条件判断，减少了冗长的 if-else 语句。
• 异常过滤器 提供了灵活的条件捕获机制，避免了不必要的异常处理。
• 记录类型 引入了不可变对象，简化了值相等性和对象更新的处理。
• 表达式体成员 提供了一种更简洁的方式定义属性和方法。
• Span<T> 与 Memory<T> 提供了高效的内存管理机制，减少了堆分配和内存开销。

通过掌握这些进阶特性，开发者可以写出更优雅、性能更高的 C# 代码。如果你有进一步的问题或需要更详细的示例，欢迎继续探讨！

这篇博客为你介绍了 C# 的进阶特性。如果有任何问题或者需要更多的说明，欢迎联系我！