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C#概述

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C# 是一款开源且免费的编程语言，基于流行的 C 风格语法（如 C、C++、Java），让开发者可以快速上手。它强大的跨平台能力支持开发多样化的应用，包括桌面软件、Web 应用、移动应用、微服务、物联网设备和游戏主机平台。得益于其开源特性，开发者不仅能自由使用，还能查看、修改源代码，并向社区贡献改进。

C#语法基础

关键字（Keywords）

为了帮助编译器解释代码，C#中的某些单词具有特殊地位和含义，它们称为关键字。关键字分为两类：

  • 保留关键字：如 class、if、for、void 等，用于定义程序结构。
  • 上下文关键字：如 var、async、await，仅在特定场景下被视为关键字。

关键作用：

  • 声明类型（class、struct、enum）
  • 控制流程（if、switch、while）
  • 定义访问权限（public、private）
  • 处理异常（try、catch）

示例：

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public class Program  // 'public'和'class'为关键字
{
    static void Main() 
    {
        if (true) { }  // 'if'控制逻辑分支
    }
}

标识符（Identifiers）

标识符是开发者自定义的名称（如变量、类名），规则如下：

  • 组成：字母、数字、下划线_或@符号（@仅用于转义关键字，如 @class）
  • 开头字符：字母或下划线（禁止数字开头）
  • 大小写敏感：myVar 与 MyVar 不同
  • 命名规范：标识符有两种基本的大小写风格。第一种风格被.NET框架创建者称为Pascal大小写（PascalCase），第二种风格是camel大小写（camelCase），除第一个字母小写，其他约定一样，例如quotient、firstName、httpFileCollection、ioStream和theDreadPirateRoberts。
    • 类名/方法名 → PascalCase（MyClass、CalculateSum()）
    • 变量/参数名 → camelCase（userAge、isValid）
    • 常量 → 全大写（MAX_SIZE）

设计规范

  • 要更注重标识符的清晰而不是简短。

  • 不要在标识符名称中使用单词缩写。

  • 不要使用不被广泛接受的首字母缩写词，对于那些已经被广泛接受的缩写词，在使用时也要保持一致。

下划线虽然合法，但标识符一般不要包含下划线、连字号或其他非字母/数字字符。

示例：

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string firstName;    // 变量：camelCase
const int MAX_USERS = 100; // 常量：全大写
class CustomerOrder { }   // 类名：PascalCase

类型定义

C#所有代码都出现在一个类型定义的内部，最常见的类型定义以关键字class开头。类定义是class identifier {...}形式的代码块。

类型名称（本例是HelloWorld）可以随便取，但根据约定，它应当使用PascalCase风格。

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class HelloWorld
{
	//...
}

Main方法（Entry Point）

Main 是程序执行的起点，必须满足：

  • 固定签名：static void Main(string[] args)（args可省略）
  • 静态方法：用static修饰，无需实例化类
  • 唯一性：每个程序仅允许一个Main方法

示例：

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using System;
class App
{
    static void Main()  // 入口方法
    {
        Console.WriteLine("Hello, C#!"); 
    }
}

C#要求Main方法返回void或int，而且要么无参，要么接收一个字符串数组。args参数是用于接收命令行参数的字符串数组。但数组第一个元素不是程序名称，而是可执行文件名称后的第一个命令行参数，这和C和C++不同。用System.Environment.CommandLine获取执行程序所用的完整命令。Main返回的int是状态码，标识程序执行是否成功。返回非零值通常意味着错误。从C#7.1开始，Main方法也支持async/await修饰词。

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static int Main(string[] args)  // 入口方法
{
    Console.WriteLine($"{args[0]}"); 
}

语句与语句分隔符

C#通常用分号标识语句结束。每条语句都由代码要执行的一个或多个行动构成。声明变量、控制程序流程或调用方法都是语句的例子。

  • 语句（Statements）：程序执行的最小单元，如：
    • 声明语句：int x = 5;
    • 赋值语句：x = 10;
    • 控制流语句：if、for、return
  • 分隔符：
    • 分号 ;：标记语句结束（不可省略）
    • 大括号 {}：定义代码块（如类体、循环体）4,5

示例：

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if (x > 0)           // if条件控制
{                    // 代码块开始
    Console.WriteLine(x);
    return;          // 返回语句
}                    // 代码块结束

空白（Whitespace）

空白（空格、制表符、换行）用于提升代码可读性：

  • 编译器忽略：不影响程序逻辑（如 int x=5; 等同 int x = 5;）
  • 规范建议：
    • 操作符两侧加空格（int sum = a + b;）
    • 逗号后加空格（Method(arg1, arg2)）
    • 缩进代码块（通常4个空格或1个制表符）

对比示例：

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// 紧凑写法（合法但难读）
int x=5;if(x>0){Console.WriteLine(x);}

// 规范写法
int x = 5;
if (x > 0) 
{
    Console.WriteLine(x);
}

使用变量

下面声明局部变量。变量声明后可以赋值，可将值替换成新值，并可在计算和输出等操作中使用。但变量一经声明，数据类型就不能改变。

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变量就像程序里一个命名好的存储空间，用来存放数据。你可以在程序后续的执行过程中向这个空间赋值或者修改其中的值。

当变量是在某个方法（函数）内部或一对{}大括号（代码块）内声明时，它就是局部变量。这意味着局部变量的作用域仅限于它所在的那个代码块内——它只能在声明它的那对大括号{}内部使用。

声明一个变量，简单来说就是定义一个新的变量。你需要完成两件事：

  1. 指明变量类型：指定这个变量可以存储什么类型的数据（例如整数、小数、文本等）。
  2. 赋予变量名称：给这个存储位置起一个唯一的标识符，也就是变量名。

数据类型

数据类型（或对象类型）是具有相似特征和行为的个体的分类。例如，animal（动物）就是一个类型，它对具有动物特征（多细胞、具有运动能力等）的所有个体（猴子、野猪和鸭嘴兽等）进行了分类。类似地，在编程语言中，类型是被赋予了相似特性的一些个体的定义。

控制台输入和输出

在C#中，控制台输入和输出通过System.Console类实现，这是控制台应用程序与用户交互的核心方式。以下是具体实现方法及关键技巧：

控制台输出

使用Console.WriteLine()或Console.Write()向控制台输出信息：

  • WriteLine()：输出内容后自动换行。

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    Console.WriteLine("Hello, World!"); // 输出后换行

  • Write()：输出内容后不换行，适合连续输出。

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    Console.Write("Enter your name: "); // 输出后不换行

格式化输出技巧

  • 占位符{n}：动态插入变量值，支持多参数。

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    string name = "Alice";
int age = 30;
Console.WriteLine("{0} is {1} years old.", name, age); // 输出：Alice is 30 years old.

  • 字符串插值（C# 6.0+）：更简洁的语法。

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    Console.WriteLine($"{name} is {age} years old.");

  • 数字/日期格式化：

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    double price = 123.456;
Console.WriteLine(price.ToString("C2")); // 货币格式：¥123.46
Console.WriteLine(DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd")); // 日期：2025-08-05

控制台输入

通过Console.ReadLine()或Console.ReadKey()获取用户输入：

  • ReadLine()：读取整行文本（以回车结束），返回string类型。

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    Console.Write("Enter your name: ");
string name = Console.ReadLine(); // 用户输入存储到变量name中

  • ReadKey()：获取单个按键（无需回车），常用于暂停程序。

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    Console.ReadKey(); // 按任意键继续

  • Read()：读取单个字符，返回ASCII码（如不换行输入）。

数据类型转换

输入内容默认为字符串，需转换为目标类型：

  • 安全转换（推荐）：使用TryParse()避免无效输入导致异常。

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    Console.Write("Enter age: ");
string input = Console.ReadLine();
if (int.TryParse(input, out int age)) {
    Console.WriteLine($"Age: {age}");
} else {
    Console.WriteLine("Invalid number!");
}

  • 强制转换（需异常处理）：

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    try {
    int num = int.Parse(input);
} catch (FormatException) {
    Console.WriteLine("Input format error!");
}
注意
直接使用Convert.ToInt32()或int.Parse()可能因无效输入抛出异常。

注释

注释不会改变程序的执行，只是使代码变得更容易理解。

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// 单行注释

/*
	多行
	注释
*/

托管执行与CLI

在C#生态中，托管执行和CLI（Common Language Infrastructure，通用语言基础结构） 构成了.NET核心技术架构。以下从技术实现层面进行深度剖析：

托管执行（Managed Execution）

核心流程

  1. 源代码编译 C#代码 → 通过Roslyn编译器​ → 生成CIL（Common Intermediate Language）字节码​

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    // 示例：C#方法
public int Add(int a, int b) => a + b;

// 对应CIL代码（部分）
IL_0000: ldarg.0    // 加载第一个参数
IL_0001: ldarg.1    // 加载第二个参数
IL_0002: add        // 执行加法
IL_0003: ret        // 返回结果

  2. JIT编译阶段

    • CLR加载程序集时调用JIT编译器（如RyuJIT）

    • 方法首次调用时触发编译：

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      CIL字节码 → 动态编译 → 本机机器码（x86/ARM等）

    • 编译结果缓存：避免重复编译

  3. 运行时管理 CLR提供关键服务：

    • 内存管理：GC分代回收（0/1/2代）
    • 异常处理：结构化异常链（SEH）
    • 类型安全：通过CTS实现边界检查
    • 线程调度：线程池与同步原语

CLI（通用语言基础结构）

CLI是ECMA-335国际标准定义的框架规范，包含四个核心组件：

CTS（Common Type System）

解决的核心问题：跨语言类型兼容性

  • 值类型：struct/enum（栈分配）
  • 引用类型：class/interface/delegate（堆分配）
  • 统一规则：
    • 所有类型继承自System.Object
    • 方法调用统一采用callvirt指令
    • 实现接口/继承的二进制兼容

CLS（Common Language Specification）

语言互操作性规范：

graph LR
    C# -->|遵守CLS| F#
    VB.NET -->|遵守CLS| C++
    IronPython -->|遵守CLS| 所有.NET语言
  • 强制规则：
    • 公共方法参数/返回值需为CLS兼容类型
    • 不支持全局函数或运算符重载的差异
    • 避免使用uint等非通用类型作为API参数

VES（Virtual Execution System）

即CLR的标准化实现，包含：

  • 加载器：按需加载程序集
  • JIT引擎：方法级编译优化
  • 内存管理器：分代GC算法
  • 安全子系统：CAS代码访问安全

元数据（Metadata）

程序集自描述信息的结构化存储：

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// 元数据示例（伪代码）
TypeDef {
   Name: "Customer",
   Methods: [ "Save", "Delete" ],
   Fields: [ "_id", "_name" ]
}

  • 核心功能：

    • 支持反射API（Type.GetMethods()）
    • 驱动Visual Studio智能感知
    • 实现跨程序集版本控制

底层执行流程图解 

sequenceDiagram
    participant Developer as 开发者
    participant Compiler as C Sharp编译器
    participant CLR as 运行时(CLR)
    participant OS as 操作系统

    Developer->>Compiler: 编写C Sharp源码
    Compiler->>CLR: 生成CIL + 元数据 (.dll/.exe)
    
    loop JIT编译
        CLR->>CLR: 首次调用方法时
        CLR->>CLR: CIL → 机器码
        CLR->>CLR: 缓存编译结果
    end

    CLR->>OS: 执行机器码指令
    Note over CLR: 运行时服务（GC/异常/线程）
    OS-->>CLR: 硬件交互结果

技术演进趋势

  1. AOT编译（.NET 7 NativeAOT）
    • 优点：消除JIT开销，启动时间缩短100倍
    • 代价：失去运行时优化灵活性
  2. 托管指针革命 C# 11引入ref struct突破堆分配限制
  3. 跨语言互操作 通过[UnmanagedCallersOnly]实现C# ↔ Rust高效调用

CLR的设计哲学：在硬件抽象与执行效率间取得平衡，使开发者专注于业务逻辑而非底层细节。这种托管模型已成为现代语言的核心范式（如Java JVM、Python PyPy）。

更新于 2025-08-05 
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