C#学习

2021-09-04

Csharp

1 .NET

笔记来自官方文档(非常重要)和视频

1.1 .NET简介

.NET(.NET官方文档) 是一种用于构建多种应用的免费开源开发平台，例如：

Web 应用、Web API 和微服务
云中的无服务器函数
云原生应用
移动应用
桌面应用
- Windows WPF
- Windows 窗体
- 通用 Windows 平台 (UWP)
游戏
物联网 (IoT)
机器学习
控制台应用
Windows 服务
使用类库在不同应用和应用类型中共享功能。

使用 .NET 时，无论你正在构建哪种类型的应用，代码和项目文件看起来都一样。可以访问每个应用的相同运行时、API 和语言功能。

跨平台（多操作系统创建，多处理器架构） **开源 ** .NET 支持三种编程语言：C#，F#和Visual Basic

.NET SDK 是一组用于开发和运行 .NET 应用程序的库和工具。

1.2 SDK 和运行时

.NET SDK 是一组用于开发和运行 .NET 应用程序的库和工具。

SDK 下载包括以下组件：

.NET CLI 可用于本地开发和持续集成脚本的命令行工具；
dotnet 驱动程序用于运行依赖于框架的应用的 CLI 命令；
Roslyn 和 F# 编程语言编译器；
MSBuild 生成引擎
.NET 运行时。提供类型系统、程序集加载、垃圾回收器、本机互操作和其他基本服务；
运行时库。提供基元数据类型和基本实用程序；
ASP.NET Core 运行时。为连接 Internet 的应用（如 Web 应用、IoT 应用和移动后端）提供基本服务；
桌面运行时。为 Windows 桌面应用（包括 Windows 窗体和 WPF）提供基本服务；

运行时下载包括以下组件：

（可选）桌面或 ASP.NET Core 运；
.NET 运行时。提供类型系统、程序集加载、垃圾回收器、本机互操作和其他基本服务；
运行时库。提供基元数据类型和基本实用程序；
dotnet 驱动程序。用于运行依赖于框架的应用的 CLI 命令；

1.3 NuGet

NuGet 是为 .NET 设计的开源包管理器。 NuGet 包是具有 .nupkg 扩展的 .zip 文件，此扩展包含编译代码 (DLL)、与该代码相关的其他文件以及描述性清单（包含包版本号等信息）。使用代码的开发人员共享创建包，并将其发布到 nuget.org 或专用主机。希望使用共享代码的开发人员将包添加到其项目中，然后可以在项目代码中调用包公开的 API。

有关详细信息，请参阅 NuGet 文档。

1.4 其他关于.NET的概念

…

2 C# 语言入门

2.1 简介

2.1.1 语言介绍

C#（”See Sharp”）是一种新式编程语言，不仅面向对象，还类型安全。开发人员利用 C# 能够生成在 .NET 中运行的多种安全可靠的应用程序。

C# 是面向对象的、面向组件的编程语言。 C# 提供了语言构造来直接支持这些概念，让 C# 成为一种非常自然的语言，可用于创建和使用软件组件。自诞生之日起，C# 就添加了支持新工作负载和新兴软件设计实践的功能。 C# 本质上是面向对象的语言。_* 你需要定义类型及其行为。

多项 C# 功能有助于创建可靠且持久的应用程序。垃圾回收**自动回收不可访问的未用对象所占用的内存。可以为 null 的类型可防范不引用已分配对象的变量。异常处理提供了一种结构化且可扩展的方法来进行错误检测和恢复。 Lambda 表达式支持函数编程技术。语言集成查询 (LINQ) 语法创建一个公共模式，用于处理来自任何源的数据。异步操作语言支持提供用于构建分布式系统的语法。 C# 有统一类型系统**。 **所有 C# 类型（包括 int 和 double 等基元类型）均继承自一个根 object 类型**。所有类型共用一组通用运算。任何类型的值都可以一致地进行存储、传输和处理。此外，C# 还支持用户定义的引用类型和值类型。 C# 允许动态分配轻型结构的对象和内嵌存储。 C# 支持泛型方法和类型，因此增强了类型安全性和性能。 C# 可提供迭代器，使集合类的实现者可以定义客户端代码的自定义行为。

C# 强调版本控制，以确保程序和库以兼容方式随时间推移而变化。 C# 设计中受版本控制加强直接影响的方面包括：单独的 virtual 和 override 修饰符，关于方法重载决策的规则，以及对显式接口成员声明的支持。

2.1.2 .NET体系结构

C# 程序在 .NET 上运行，而 .NET 是名为公共语言运行时 (CLR) 的虚执行系统和一组类库。 CLR 是 Microsoft 对公共语言基础结构 (CLI) 国际标准的实现。 CLI 是创建执行和开发环境的基础，语言和库可以在其中无缝地协同工作。

用 C# 编写的源代码被编译成符合 CLI 规范的中间语言 (IL)。 IL 代码和资源（如位图和字符串）存储在扩展名通常为 .dll 的程序集中。程序集包含一个介绍程序集的类型、版本和区域性的清单。

执行 C# 程序时，程序集将加载到 CLR。 CLR 会直接执行实时 (JIT) 编译，将 IL 代码转换成本机指令。 CLR 可提供其他与自动垃圾回收、异常处理和资源管理相关的服务。 CLR 执行的代码有时称为“托管代码”（而不是“非托管代码”），被编译成面向特定平台的本机语言。

语言互操作性是 .NET 的一项重要功能。 C# 编译器生成的 IL 代码符合公共类型规范 (CTS)。通过 C# 生成的 IL 代码可以与通过 .NET 版本的 F#、Visual Basic、C++ 或其他 20 多种与 CTS 兼容的任何语言所生成的代码进行交互。一个程序集可能包含多个用不同 .NET 语言编写的模块，且类型可以相互引用，就像是用同一种语言编写的一样。

2.1.3 类型和变量

类型定义 C# 中的任何数据的结构和行为。类型的声明可以包含其成员、基类型、它实现接口和该类型允许的操作。 变量是用于引用特定类型的实例。

C# 有两种类型：值类型 和 引用类型。值类型的变量直接包含它们的数据。引用类型的变量存储对数据（称为“对象”）的引用。对于引用类型，两个变量可以引用同一个对象；对一个变量执行的运算可能会影响另一个变量引用的对象。借助值类型，每个变量都有自己的数据副本；因此，对一个变量执行的运算不会影响另一个变量（ref 和 out 参数变量除外）。

标识符为变量名称。标识符是不包含任何空格的 unicode 字符序列。如果标识符的前缀为 @，则该标识符可以是 C# 保留字。在与其他语言交互时，使用保留字作为标识符很有用。

C# 的值类型进一步分为：简单类型、枚举类型、结构类型、可以为 null 的值类型和元组值类型。 C# 引用类型又细分为类类型、接口类型、数组类型和委托类型。

值类型
- 简单类型
  - 有符号整型：sbyte、short、int、long
  - 无符号整型：byte、ushort、uint、ulong
  - Unicode 字符：char，表示 UTF-16 代码单元
  - IEEE 二进制浮点：float、double
  - 高精度十进制浮点数：decimal
  - 布尔值：bool，表示布尔值（true 或 false）
- 枚举类型
  - enum E {...} 格式的用户定义类型。 enum 类型是一种包含已命名常量的独特类型。每个 enum 类型都有一个基础类型（必须是八种整型类型之一）。 enum 类型的值集与基础类型的值集相同。
- 结构类型
  - 格式为 struct S {...} 的用户定义类型
- 可以为 null 的值类型
  - 值为 null 的其他所有值类型的扩展
- 元组值类型
  - 格式为 (T1, T2, ...) 的用户定义类型
引用类型
- 类类型
  - 其他所有类型的最终基类：object
  - Unicode 字符串：string，表示 UTF-16 代码单元序列
  - 格式为 class C {...} 的用户定义类型
- 接口类型
  - 格式为 interface I {...} 的用户定义类型
- 数组类型
  - 一维、多维和交错。例如：int[]、int[,] 和 int[][]
- 委托类型
  - 格式为 delegate int D(...) 的用户定义类型

C# 程序使用 类型声明 创建新类型。类型声明指定新类型的名称和成员。

class 类型定义包含数据成员（字段）和函数成员（方法、属性及其他）的数据结构。类类型支持单一继承和多形性，即派生类可以扩展和专门针对基类的机制。
struct 类型定义包含数据成员和函数成员的结构，这一点与类类型相似。不过，与类不同的是，结构是值类型，通常不需要进行堆分配。结构类型不支持用户指定的继承，并且所有结构类型均隐式继承自类型 object。
interface 类型将协定定义为一组已命名的公共成员。实现 interface 的 class 或 struct 必须提供接口成员的实现代码。 interface 可以继承自多个基接口，class 和 struct 可以实现多个接口。
delegate 类型表示引用包含特定参数列表和返回类型的方法。通过委托，可以将方法视为可分配给变量并可作为参数传递的实体。委托类同于函数式语言提供的函数类型。它们还类似于其他一些语言中存在的“函数指针”概念。与函数指针不同，委托是面向对象且类型安全的。

class、struct、interface 和 delegate 类型全部都支持泛型，因此可以使用其他类型对它们进行参数化。

C# 支持任意类型的一维和多维数组。与上述类型不同，数组类型无需先声明即可使用。相反，数组类型是通过在类型名称后面添加方括号构造而成。例如，int[] 是 int 类型的一维数组，int[,] 是 int 类型的二维数组，int[][] 是由 int 类型的一维数组或“交错”数组构成的一维数组。

可以为 null 的类型不需要单独定义。对于所有不可以为 null 的类型 T，都有对应的可以为 null 的类型 T?，后者可以包含附加值 null。例如，int? 是可保存任何 32 位整数或 null 值的类型，string? 是可以保存任何 string 或 null 值的类型。

C# 采用统一的类型系统，因此任意类型的值都可视为 object。每种 C# 类型都直接或间接地派生自 object 类类型，而 object 是所有类型的最终基类。 只需将值视为类型 object，即可将引用类型的值视为对象。通过执行装箱和 取消装箱操作，可以将值类型的值视为对象。在以下示例中，int 值被转换成 object，然后又恢复成 int。

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

将值类型的值分配给 object 对象引用时，会分配一个“箱”来保存此值。该箱是引用类型的实例，此值会被复制到该箱。相反，当 object 引用被显式转换成值类型时，将检查引用的 object 是否是具有正确值类型的箱。如果检查成功，则会将箱中的值复制到值类型。

C# 的统一类型系统实际上意味着“按需”将值类型视为 object 引用。鉴于这种统一性，使用类型 object 的常规用途库可以与派生自 object 的所有类型结合使用，包括引用类型和值类型。

2.1.4 程序结构

C# 中的关键组织结构概念包括程序、命名空间、类型、成员和程序集。程序声明类型，而类型则包含成员，并被整理到命名空间中。类型示例包括类、结构和接口。成员示例包括字段、方法、属性和事件。编译完的 C# 程序实际上会打包到程序集中。程序集的文件扩展名通常为 .exe 或 .dll，具体视其分别实现的是应用程序还是库而定。

using System;

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;
            }
        }
    }
}

此类的完全限定的名称为 Acme.Collections.Stack。此类包含多个成员：一个 top 字段、两个方法（Push 和 Pop）和一个 Entry 嵌套类。 Entry 类还包含三个成员：一个 next 字段、一个 data 字段和一个构造函数。 Stack 是泛型类。它具有一个类型参数 T，在使用时替换为具体类型。

堆栈是一个“先进后出”(FILO) 集合。添加到堆栈顶部的新元素。删除元素时，将从堆栈顶部删除该元素。前面的示例声明定义堆栈的存储和行为的 Stack 类型。可以声明一个引用 Stack 类型的实例的变量来使用该功能。

程序集包含中间语言 (IL) 指令形式的可执行代码和元数据形式的符号信息。执行前，.NET 公共语言运行时的实时 (JIT) 编译器会将程序集中的 IL 代码转换为特定于处理器的代码。

由于程序集是包含代码和元数据的自描述功能单元，因此无需在 C# 中使用 #include 指令和头文件。只需在编译程序时引用特定的程序集，即可在 C# 程序中使用此程序集中包含的公共类型和成员。例如，此程序使用 acme.dll 程序集中的 Acme.Collections.Stack 类：

using System;
using Acme.Collections;

class Example
{
    public static void Main()
    {
        var s = new 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
    }
}

若要编译此程序，需要引用包含前面示例中定义的堆栈类的程序集。

C# 程序可以存储在多个源文件中。在编译 C# 程序时，将同时处理所有源文件，并且源文件可以自由地相互引用。从概念上讲，就好像所有源文件在被处理之前都连接到一个大文件。在 C# 中永远都不需要使用前向声明，因为声明顺序无关紧要（极少数例外情况除外）。 C# 并不限制源文件只能声明一种公共类型，也不要求源文件的文件名必须与其中声明的类型相匹配。

2.2 类型

2.2.1 类型和成员

作为面向对象的语言，C# 支持封装、继承和多态性这些概念。类可能会直接继承一个父类，并且可以实现任意数量的接口。若要用方法重写父类中的虚方法，必须使用 override 关键字，以免发生意外重定义。在 C# 中，结构就像是轻量级类，是可以实现接口但不支持继承的堆栈分配类型。 C# 还可提供记录，这些记录是主要用于存储数据值的类类型。

2.2.2 类和对象

类是最基本的 C# 类型。类是一种数据结构，可在一个单元中就将状态（字段）和操作（方法和其他函数成员）结合起来。类为类实例（亦称为“对象”）提供了定义。类支持继承和 多形性，即 派生类 可以扩展和专门针对基类的机制。

新类使用类声明进行创建。类声明以标头开头。标头指定以下内容：

类的特性和修饰符
类的名称
基类（从基类继承时）
接口由该类实现。

标头后面是类主体，由在分隔符 { 和 } 内编写的成员声明列表组成。

以下代码展示的是简单类 Point 的声明：

public class Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}

类实例是使用 new 运算符进行创建，此运算符为新实例分配内存，调用构造函数来初始化实例，并返回对实例的引用。以下语句创建两个 Point 对象，并将对这些对象的引用存储在两个变量中：

C#复制

1 2	var p1 = new Point(0, 0); var p2 = new Point(10, 20);

当无法再访问对象时，对象占用的内存会被自动回收。没有必要也无法在 C# 中显式解除分配对象。

2.2.3 结构

类定义可支持继承和多形性的类型。它们使你能够基于派生类的层次结构创建复杂的行为。相比之下，结构类型是较为简单的类型，其主要目的是存储数据值。结构不能声明基类型；它们从 System.ValueType 隐式派生。不能从 struct 类型派生其他 struct 类型。这些类型已隐式密封。

public struct Point
{
    public double X { get; }
    public double Y { get; }
    
    public Point(double x, double y) => (X, Y) = (x, y);
}

2.2.4 接口

接口定义了可由类和结构实现的协定。定义接口来声明在不同类型之间共享的功能。例如，System.Collections.Generic.IEnumerable 接口定义了一个遍历集合（如数组）中所有项的一致方法。接口可以包含方法、属性、事件和索引器。接口通常不提供所定义成员的实现，仅指定必须由实现接口的类或结构提供的成员。

接口可以采用 多重继承。在以下示例中，接口 IComboBox 同时继承自 ITextBox 和 IListBox。

interface IControl
{
    void Paint();
}

interface ITextBox : IControl
{
    void SetText(string text);
}

interface IListBox : IControl
{
    void SetItems(string[] items);
}

interface IComboBox : ITextBox, IListBox { }

类和结构可以实现多个接口。在以下示例中，类 EditBox 同时实现 IControl 和 IDataBound。

interface IDataBound
{
    void Bind(Binder b);
}

public class EditBox : IControl, IDataBound
{
    public void Paint() { }
    public void Bind(Binder b) { }
}

当类或结构实现特定接口时，此类或结构的实例可以隐式转换成相应的接口类型。例如

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EditBox editBox = new EditBox();
IControl control = editBox;
IDataBound dataBound = editBox;