如何掌握C#的核心技术

本文转载自微信公众号「DotNET技术圈」，作者邹溪源 。转载本文请联系DotNET技术圈公众号。

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引子

前不久看到一个段子，某年宁波交警引进人脸识别技术抓拍行人闯红灯，结果一天下来被发现闯红灯次数最多的是珠海女子董小姐，日闯红灯3000多次。宁波交警连夜研究抓捕方案，最后分析发现，原来是大巴车上的某掌握核心的产品广告被错误识别了。

这家自称掌握了核心的制造企业，虽然并非每个产品都卖座，但这样的广告词确实也牢牢抓住了观众的眼球，简单明了的广告词，使产品具备更加鲜明的标签，形成了其独特的品牌形象。

最近，又看到某汽车制造大厂，虽然业绩不怎么样，但其董事长的眼界之高令人钦佩。在股东会上，有股东询问过去业绩不佳，是否有兴趣在无人驾驶技术上跟某民族品牌建立进一步合作关系时，这位董事长也毫不犹豫的回答到：

“不接受xx提供的无人驾驶整体解决方案，要将核心技术掌握在自己手中。“

至于这家公司是否真的掌握了核心技术，也许有读者作为该公司的产品用户，或汽车产业从业人员，或甚至是股东，可能比较清楚，小编比较菜，对这种核心技术不太了解。

但小编从这两个案例发现了一个现象，核心技术无论对于公司而言，还是对于个人而言，都是非常有价值的关键特性。一个掌握了核心技术的开发者，必然是脱离了低级趣味的专业开发者，在纷繁复杂的互联网时代面前，往往有更多机会凸显自己的才华，进而获得与自己实力相匹配的待遇水平。

毫无疑问，掌握C#的核心技术也同样如此。那么，问题是，C#的核心技术有哪些呢?我们该如何掌握C#的核心技术呢?

C#的发展历程

众所周知，C#是由伟大的程序员之神Anders Hejlsberg为体现.NET技术的优势而创造出来的一种优秀语言。说起Anders Hejlsberg虽然可能有的读者不太熟悉，但说起他创造的几种语言或编译器，大家估计就并不陌生了。

例如他20岁时花了仅仅两三周就开发出来了一种Pascal编译器。之后他又开发出了Delphi，这是一种非常神奇的语言，在面向过程式开发方法的时代，Delphi能够与VB独占半边天，其优秀之处显然不是区区几句话就能说清楚，听说在当时，许多开发者都非常擅长使用其创造奇迹，例如今天的产品之神张小龙在30年前就曾经用其开发过foxmail，早期的wps据说也是使用Delphi开发出来的。

再后来，Anders加入了微软，并为.NET设计了C#这样一款优秀的语言。(当然，Anders并未止步于C#这样的成就，在C#之后，他又改良了Javascript，并为其带来了今天的“后端噩梦”TypeScript语言。)

2002年，C#随.NET战略一起发布，从一开始就被定位为.NET开发框架核心中的核心，直到今天，已经成为一种比较优秀的主流技术语言。这种语言吸收了其他语言的优势，同时又基于.NET框架的特性实现了许多优雅的功能，今天的C#，不仅仅能够用于传统的面向对象开发，也同样可以广泛使用于函数式开发方法。对于初学者而言，如果学过Java和C++语言，上手也非常容易。

经过将近20年的发展，C#语言已经迭代了15个主要版本，从最早期的C#1.0到现在最新版的9.0，及10.0预览版，共发布了6次正式版本发布，对于许多开发者而言，每一次版本升级也意味着又需要刷新技术面，着实是一种痛并快乐的过程。

回顾那么多个版本，你还记得哪些C#的“核心技术”给你带来过开发效率的巨大提升么?

《C#的核心技术指南》中的核心技术

最近，我有幸阅读了新出版的《C#8.0核心技术指南》，并在这篇文章中，我摘取了几个C#相关的新特性和概念跟大家一起分享。当然由于C#实际上是.NET框架的主力语言，以下介绍的一些核心技术，可能实质上是.NET框架的核心技术，大家不用纠结这个问题。

C#9.0新特性

参见https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/whats-new/csharp-9。

C#8.0的新特性

参见https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/whats-new/csharp-8

C#可为空类型

3.1 可为空值类型

可为空值类型是针对基础类型而言，例如Int?bool?double?这些基础类型都是我们常用的可为空值类型，该类型出现得比较早，在C#2.0中就已经出现了可为空值类型。

检查可为空值类型的实例

从C#7.0开始，可以使用is表达式对可为空值类型进行检查，

 
 
 
    
  
  
  
  1. int? a = 42;
    2. 
  
  
  
  2. if (a is int valueOfA)
    3. 
  
  
  
  3. {
    4. 
  
  
  
  4.     Console.WriteLine($"a is {valueOfA}");
    5. 
  
  
  
  5. }
    6. 
  
  
  
  6. else
    7. 
  
  
  
  7. {
    8. 
  
  
  
  8.     Console.WriteLine("a does not have a value");
    9. 
  
  
  
  9. }
    10. 
  
  
  
  10. // Output:
    11. 
  
  
  
  11. // a is 42
    12.

当然，依然可以使用HasValue这种类型对可为空值类型进行检查。

3.2 C#可为空引用类型

可为空值类型常用于数据库的检查中，可以通过该类型判断对象是否为空，而可为空引用类型则恰好相反，可以一定程度上防止引用类型的值为空，避免引发 “未将对象引用添加到对象的实例”这样的空指针异常。

该类型自C#8.0 引入，包括两种方式“可为空引用类型”和“不可为空引用类型”，使你能够对引用类型变量的属性作出重要声明 ：

  • 引用不应为 null。当变量不应为 null 时，编译器会强制执行规则，以确保在不首先检查它们是否为 null 的情况下，取消引用这些变量是安全的：
  • 必须将变量初始化为非 null 值。
  • 变量永远不能赋值为 null。
  • 引用可为 null。当变量可以为 null 时，编译器会强制执行不同的规则以确保你已正确检查空引用：
  • 只有当编译器可以保证该值不为 null 时，才可以取消引用该变量。
  • 这些变量可以使用默认的 null 值进行初始化，也可以在其他代码中赋值为 null。类型为 Null 性

例如，在常用的语句中，我们可能这样实现：

 
 
 
    
  
  
  
  1. void foo(string？ s)=>Console.WriteLine(s.Length);
    2.

一旦出现了string为空的情况，可能很容易就会引发空指针异常。

可为空上下文

可为空上下文可以对编译器如何解释引用类型变量进行精细控制。

可以使用 .csproj 文件中的 Nullable 元素为项目设置可为空注释上下文和可为空警告上下文。此元素配置编译器如何解释类型的为 Null 性以及生成哪些警告。有效设置如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. enable
    2.

：“启用”可为空注释上下文。“启用”可为空警告上下文。

引用类型的变量，例如 string 是“不可为空”。启用所有为 Null 性警告。

 
 
 
    
  
  
  
  1. warnings
    2.

：“禁用”可为空注释上下文。“启用”可为空警告上下文。

引用类型的变量是“无视”。启用所有为 Null 性警告。

 
 
 
    
  
  
  
  1. annotations
    2.

：“启用”可为空注释上下文。“禁用”可为空警告上下文。

引用类型的变量(例如字符串)不可为 null。禁用所有为 Null 性警告。

 
 
 
    
  
  
  
  1. disable
    2.

：“禁用”可为空注释上下文。“禁用”可为空警告上下文。

引用类型的变量是“无视”，就像早期版本的 C# 一样。禁用所有为 Null 性警告。

示例：

XML复制

 
 
 
    
  
  
  
  1. enable
    2.

你还可以使用指令在项目的任何位置设置这些相同的上下文：

  • #nullable enable：将可为空注释上下文和可为空警告上下文设置为“已启用”。
  • #nullable disable：将可为空注释上下文和可为空警告上下文设置为“已禁用”。
  • #nullable restore：将可为空注释上下文和可为空警告上下文还原到项目设置。
  • #nullable disable warnings：将可为空警告上下文设置为“已禁用”。
  • #nullable enable warnings：将可为空警告上下文设置为“已启用”。
  • #nullable restore warnings：将可为空警告上下文还原到项目设置。
  • #nullable disable annotations：将可为空注释上下文设置为“禁用”。
  • #nullable enable annotations：将可为空注释上下文设置为“启用”。
  • #nullable restore annotations：将注释警告上下文还原到项目设置。

属性模式

C#在7.0中引入了属性模式，通过该模式，可以快速匹配对象的一个或多个属性值。例如，我们可以使用这样的示例快速匹配相关属性值。

 
 
 
    
  
  
  
  1. if (obj is string s && s.Length=4) 
    2.

除了这种属性模式，还有一种是C#8.0中引入的模式，该模式主要用于switch语句的用法，使用起来也非常简洁。

 
 
 
    
  
  
  
  1. bool ShouldAllow(Url url)=>url switch  
    2. 
  
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  
  3.      {Scheme:"http",Port=80}=>true,  
    4. 
  
  
  
  4.      {Scheme:"https",port=443}=>true  
    5. 
  
  
  
  5. }  
    6.

属性模式还支持嵌套，例如

 
 
 
    
  
  
  
  1. bool ShouldAllow(Url url)=>url switch  
    2. 
  
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  
  3.      {Scheme:string{Length:4},Port=80}=>true, 
    4. 
  
  
  
  4.      {Scheme:"https",port=443}=>true 
    5. 
  
  
  
  5. }  
    6.

甚至支持使用when子句。例如：

 
 
 
    
  
  
  
  1. {Scheme:"http",Port:80} when url.Host.Length<1000=>true,  
    2.

这样的写法可以使我们部分逻辑代码变得更加精简，看起来更有逼格。

属性还提供了元组模式，位置模式两种模式，元组模式提供了切换多个值的简单机制，而位置模式则定义了使用对象的位置属性作为匹配模式的方式。

以下是官方文档关于位置模式的示例。

 
 
 
    
  
  
  
  1. public readonly struct Point 
    2. 
  
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  
  3.     public int X { get; } 
    4. 
  
  
  
  4.     public int Y { get; }  
    5. 
  
  
  
  5. 
  
  
  
  6.     public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
    7. 
  
  
  
  7. 
  
  
  
  8.     public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y);
    9. 
  
  
  
  9. }
    10. 
  
  
  
  10. 
  
  
  
  11. static string Classify(Point point) => point switch
    12. 
  
  
  
  12. {
    13. 
  
  
  
  13.     (0, 0) => "Origin",  
    14. 
  
  
  
  14.     (1, 0) => "positive X basis end", 
    15. 
  
  
  
  15.     (0, 1) => "positive Y basis end", 
    16. 
  
  
  
  16.     _ => "Just a point", 
    17. 
  
  
  
  17. }; 
    18.

不过，官方文档并没有介绍元组模式的示例，而《C#8.0核心技术指南》中介绍了该模式的用法，大家可以从书中获取相关知识。

Json处理

过去，我们倾向于使用Json.NET来处理C#中的Json序列化问题，而现在，我们则可以依托官方库Sytem.Text.Json来完成。(虽然我们有时可能不愿意用，但往后官方的许多方法会更多的依赖该库来实现)。相比json.net，该官方库的主要优点是更简单、高效并且内存使用效率更高。

官方库提供了如下几种操作形式：

1、Utf8JsonReader：这是一种优化的前向Json读取器，用于读取Utf8编码的Json文本。

2、Uft8JsonWriter：这是一种Json输出器，可用于输出Utf8编码Json文本。

3、JsonDocument：该类型可以将Json数据解析为只读的DOM，可以用类似于XMLDocument的方式操作延迟加载的JsonElement示例。同时，也可以用JsonDocument读取对象，并使用Json写入器对Json进行更新。

Span和Memory

Span和Memory是.NET 5中引入的新的结构体。是数组、字符串或任意连续的托管内存或非托管内存结构的底层抽象，其主要目的是进行特定的微优化，尤其是编写需要尽可能降低内存分配(从而减轻垃圾回收器负载)的低内存分配代码。

Span和Memory适用于各种性能热点，例如Asp.NET CORE的处理流水线以及字节流的解析等操作常见，具有更佳的性能。Span 是在堆栈上分配的 引用结构[1] ，而不是在托管堆上分配的。

Span 表示任意内存的连续区域。以下为官方文档提供的示例：

 
 
 
    
  
  
  
  1. // Create a span over an array.
    2. 
  
  
  
  2. var array = new byte[100];
    3. 
  
  
  
  3. var arraySpan = new Span(array);
    4. 
  
  
  
  4. 
  
  
  
  5. byte data = 0;
    6. 
  
  
  
  6. for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++)
    7. 
  
  
  
  7.     arraySpan[ctr] = data++;
    8. 
  
  
  
  8. 
  
  
  
  9. int arraySum = 0;
    10. 
  
  
  
  10. foreach (var value in array)
    11. 
  
  
  
  11.     arraySum += value;
    12. 
  
  
  
  12. 
  
  
  
  13. Console.WriteLine($"The sum is {arraySum}");
    14. 
  
  
  
  14. // Output:  The sum is 4950
    15.

由于 Span 是任意内存块的抽象，因此 Span 具有参数的类型和方法的方法将 Span 在任何对象上操作， Span 而不考虑它所封装的内存类型。

Span 包含方法的两个重载 Slice[2] ，该方法构成从指定索引处开始的当前范围的切片。这样一来，就可以将中的数据 Span 作为一组逻辑块进行处理，数据处理管道的部分可以按需处理这些数据块，并对性能的影响最小。例如，由于新式服务器协议通常基于文本，因此字符串和子字符串的操作非常重要。

可以使用或删除此分配和复制操作 Span ReadOnlySpan[3] ，如下面的示例所示：

 
 
 
    
  
  
  
  1. using System;
    2. 
  
  
  
  2. 
  
  
  
  3. class Program
    4. 
  
  
  
  4. {
    5. 
  
  
  
  5.     static void Main()
    6. 
  
  
  
  6.     {
    7. 
  
  
  
  7.         string contentLength = "Content-Length: 132";
    8. 
  
  
  
  8.         var length = GetContentLength(contentLength.ToCharArray());    
    9. 
  
  
  
  9.         Console.WriteLine($"Content length: {length}"); 
    10. 
  
  
  
  10.     }
    11. 
  
  
  
  11. 
  
  
  
  12.     private static int GetContentLength(ReadOnlySpan span)
    13. 
  
  
  
  13.     {
    14. 
  
  
  
  14.         var slice = span.Slice(16);
    15. 
  
  
  
  15.         return int.Parse(slice);    
    16. 
  
  
  
  16.     }
    17. 
  
  
  
  17. }
    18. 
  
  
  
  18. // Output:
    19. 
  
  
  
  19. //      Content length: 132
    20.

结语

由于时间关系，本文仅对部分内容进行了简单整理，尚不足以对C#核心技术进行总结，而最适合深度了解C#核心技术的方式，除了通过官方学习网站来了解，可能就是获得一本深度介绍C#核心技术的书籍，跟着作者的节奏来接触相关知识体系，了解相关代码，并手把手的练上一练。

而虽然市场上目前介绍C#相关技术书籍比较多，我比较推荐机械工业出版社华章IT出版的这本《C#8核心技术指南》。作者的介绍也提到，这本书将回答你在C#8.0或.NET CORE学习过程中遇到的各种问题，该书围绕概念和用例进行组织，不但为中高级程序员提供了简明的C#和.NET知识体系，还进行了一系列深度探索。

虽然目前最新的C#已经刷新到10.0预览版，但翻译书的出版速度可能并没有那么快，即使是C#9.0，也最快要到明年出版，所以这本《C#8核心技术指南》算是市场上介绍C#8最成熟、最系统的的书籍。

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