C# 更新记录

在此记录C#版本更新时带来的新特性，并给出C#版本和使用场景的对应关系。

版本映射

C# 5.0

C#5.0引入了async/await语法糖，这一点已经被广泛使用，无需赘述。除此之外，加入了对调试很有帮助的调用方信息特性，也就是[CallerMemberNames]、[CallerLineNumber]、[CallerFilePath]和[CallerArgumentExpression]属性。

通过向函数的参数中标记特性，可以自动获取对应的string，例如：

public void TraceMessage(string message,
        [CallerMemberName] string memberName = "",
        [CallerFilePath] string sourceFilePath = "",
        [CallerLineNumber] int sourceLineNumber = 0);

后面三个参数分别获取了调用成员的名称，调用文件的路径（编译时），调用文件的行号。

而[CallerArgumentExpression]会将表达式转化为string并输出，例如：

public void Validate(bool condition, [CallerArgumentExpression("condition")] string? message=null);
Validate(nameof(func), func is not null);

此时message的值会自动设置为传入的表达式转化为string的值即"func is not null"。

C# 6.0

C#6.0更新了很多更有效率的小功能，包括经常被使用的表达式体函数（就是=>定义函数内容/返回值）、还有?.、?[]运算符等等，这些由于已经被经常使用而不再赘述。

第一个介绍的特性是nameof表达式，可用于生成变量、类型或成员的名称作为字符串常量，在编译时求值。相比于硬编码，nameof表达式提供了类型安全检查，确保对象存在才能通过编译，并且能够被重构工具识别，无需手动修改。

第二个介绍的特性是异常筛选，通过when关键字给出的表达式用于额外判断catch语句是否执行，可用于对异常处理的情况进行细分，特别是在网络传输中。例如：

catch (HttpRequestException e) when (e.Message.Contains("301")) { }
catch (HttpRequestException e) when (e.Message.Contains("404")) { }

C# 7.0

C#7.0更新了很多有用的新特性，下面将展开叙述。

简单解释的特性有out参数和throw表达式，前者用于实现多值return，后者用于在条件运算符（? :）、null合并运算符（??）和=>表达式中直接抛出异常。

元组和析构

元组（System.ValueTuple）的行为和Python中很类似，可以原生进行打包和解包（析构），但是C#中的元组是静态类型，具有类型安全检查。

元组可以显式给每个成员命名，使用字段名使用而不是索引访问，如果未指定，则默认按照Item1、Item2的顺序给出字段名。

(double, int) t1 = (4.5, 3);
Console.WriteLine($"Tuple with elements {t1.Item1} and {t1.Item2}.");

(double Sum, int Count) t2 = (4.5, 3);
Console.WriteLine($"Sum of {t2.Count} elements is {t2.Sum}.");

ref变量

ref变量类似于C++中的指针和引用的结合体，但是提供了类型安全检查，且不具有指针所有的危险性，以及引用的不可变性。

= ref是引用赋值运算符，用于更改引用引用的对象，ref readonly限制了不能使用普通的赋值运算符，但依旧可以使用赋值运算符。

int variable = 0, anotherVarible = 1;
ref int aliasOfvariable = ref variable;
aliasOfvariable = ref anotherVarible;

同时，函数可以返回ref变量，根据接收者是不是ref变量决定使用引用赋值还是普通赋值，但是和C++一致的是，返回ref的源对象生命周期一定要超过函数内，同时每一处return语句都需要加上ref修饰。

public static ref int Find(int[,] matrix, Func<int, bool> predicate)
{
    for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
        for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
            if (predicate(matrix[i, j]))
                return ref matrix[i, j];
    throw new InvalidOperationException("Not found");
}

模式匹配

模式匹配用于检测表达式是否具有某种特征，主要由is和switch表达式（由C#8.0添加）来判断，前者用于匹配单个模式，后者用于批量处理多种模式。在不同的模式之间，可以使用and、not、or来组合不同的模式。

声明和类型模式匹配

用于检测是否与指定类型匹配（继承或实现），对于可空变量，is <realType>匹配同时会先额外匹配is not null。可以在匹配之后声明变量，之后可以将新变量当声明类使用。

sequence is IList<T> list
sequence is not null

常量模式匹配

用于匹配和常量值相等的模式，例如：

command is "SystemTest"

var模式匹配

用于匹配任何表达式（包括 null），并将其结果分配给新的局部变量，例如：

SimulateDataFetch(id) is var results 

在is表达式中，var可以省略，但是在嵌套模式匹配中（列表、位置、属性）中，则不能省略某个子匹配的var。

弃元模式匹配

用于匹配任何表达式（包括 null），并丢弃值，例如：

// 该表达式会永远返回true
a is _

关系模式匹配

用于匹配满足大小关系的模式，例如：

tempInFahrenheit is < 32

列表模式匹配

用于根据列表内容来匹配模式，使用弃元_来匹配任何元素，使用切片模式..来匹配零个或任意个元素。该匹配等效于对列表中的每一个元素再做一次模式匹配，使用样例如下：

transaction is [_, "WITHDRAWAL", .., var amount]

弃元

弃元（_）是一种在应用程序代码中人为取消使用的占位符变量，用于忽略表达式的值。弃元不是变量，而是一种丢弃值的说明，除非上下文中已经定义了标识符为_的对象。

第一种用途是元组的解包，对于不关注的值可以使用弃元来丢弃，例如：

(_, _, area) = city.GetCityInformation(cityName);

第二种用途是switch匹配，在上一章中已经说明。

第三种用途是给out变量使用，用于忽视输出，例如：

DateTime.TryParse(dateString, out _)

最后一种是独立弃元来指示要忽略的任何变量，比如使用弃元来让无法单独存在的表达式变成语句而得以执行，比如??表达式，或者对于异步任务的执行表示不等待执行、不捕获异常也不关心返回值。例如：

_ = arg ?? throw new ArgumentNullException();
_ = Task.Run(() => { ... });

C# 8.0

C# 8.0更新了很多的特性，这里仅介绍一部分特性，剩下的特性将在下一篇文章中介绍。

readonly

readonly可以用于修饰struct，表示所有成员都是只读，不能在构造之后修改值，这里遵循的是最严格的值不变性。

readonly也可以用于struct或者class的某个成员，比如方法、属性get和字段。对于引用类型，加入readonly值之后只能保证引用的对象不会改变，但仍然可以修改对象包含的内容。

using声明

使用using语句可以保证只读变量被正确释放，在离开using语句块的时候，会自动释放获取的 IDisposable 实例。如果因为异常提前离开了语句块，也会依旧释放。using语句也可以不含代码块，将会在它的作用域末尾自动释放，比如函数结束。

针对IAsyncDisposable，可以使用await using声明。使用样例如下：

using (StreamReader reader = File.OpenText("numbers.txt")) { }
await using (var resource = new AsyncDisposableExample()) { }
using StreamReader reader = File.OpenText(filePath);

模式匹配

C#8.0中新增了switch表达式，该表达式会一次匹配多个模式，并针对每一个模式返回一个表达式值。

除此之外，模式匹配部分还新增了两种模式：属性、位置。

位置模式匹配

用于对一个元组进行模式匹配，如果一个对象实现了Deconstruct函数那么可以将该对象自动解包并以元组的形式进行模式匹配。元组模式匹配类似于列表模式匹配，依旧相当于对于每一个元素做模式匹配。使用样例如下：

point switch
{
    (0, 0) => "Origin",
    (1, 0) => "positive X basis end",
    (0, 1) => "positive Y basis end",
    _ => "Just a point",
};

属性模式匹配

用于对一个对象是否具有指定字段/属性且满足子模式匹配进行模式匹配，需要指出字段/属性的名称，以及该字段/属性需要匹配的模式。本质类似于列表和位置模式匹配，都是进行嵌套的模式匹配。使用样例如下：

input switch
{
    string { Length: >= 5 } s => s.Substring(0, 5),
    string s => s,

    ICollection<char> { Count: >= 5 } symbols => ...
    ICollection<char> symbols => new string(symbols.ToArray()),

    null => ...,
    _ => ...,
};

样例中的第一个模式匹配string类型，且此类型有一个字段/属性Length，满足>=5这一模式匹配。