C♯

C#
编程范型	结构化、面向对象、泛型
設計者	微软
實作者	微软
发行时间	2001年
当前版本	13（2024年11月12日；穩定版本）;
操作系统	Windows、Linux、Mac OS X
許可證	CLR Proprietary
文件扩展名	.cs
網站	C# Language (MSDN)
主要實作產品
	.NET Framework, Mono, DotGNU
衍生副語言
	Cω, Spec#, Polyphonic C#
啟發語言
	C++, Java, Eiffel, Modula-3, Object Pascal
影響語言
	D語言, F#, Java 5, Nemerle, Vala

C#是微软推出的一种基于.NET框架的、面向对象的高级编程语言。C#由C语言和C++派生而来，继承了其强大的性能，同时又以.NET框架类库作为基础，拥有类似Visual Basic的快速开发能力。C#由安德斯·海尔斯伯格主持开发，微软在2000年发布了这种语言。

命名

C#的发音为C Sharp，“#”读作“sharp”（国际音标：/ʃɑ:p/），看起来像是“C++”中两个加号重叠在一起，而且在音乐中“C#”表示C升半音，為比C高一点的音节。微软借助这样的命名，表示C#在一些语言特性方面对C++的提升。微软希望借助这种语言来取代Java。C#已经成为Ecma国际和国际标准组织的标准规范。

设计目标

ECMA标准列出的C#设计目标：

C#旨在设计成为一种「简单、现代、通用」，以及面向对象的程序设计语言
此种语言的实现，应提供对于以下软件工程要素的支持：强类型檢查、数组维度检查、未初始化的变量引用检测、自动垃圾收集（Garbage Collection，指一种記憶體自動释放技术）。软件必须做到強大、持久，并具有较强的编程生产力。
此种语言为在分布式环境中的开发提供适用的组件开发应用。
为使程序员容易迁移到这种语言，源代码的可移植性十分重要，尤其是对于那些已熟悉C和C++的程序员而言。
对国际化的支持非常重要。
C#适合为独立和嵌入式的系统编写程序，从使用复杂操作系统的大型系统到特定应用的小型系统均适用。
虽然C#程序在存储和操作能力需求方面具备经济性，但此种语言并不能在性能和程式大小方面与C语言或汇编语言相抗衡。^{[來源請求]}

歷史

原Borland公司的首席研发设计师安德斯·海爾斯伯格（Anders Hejlsberg）在微軟開發了Visual J++ 1.0，很快的Visual J++由1.1版本升級到6.0版。SUN公司认为Visual J++ 违反了Java开发平台的中立性，对微软提出了诉讼。2000年6月26日微软在奥兰多举行的“职业开发人员技术大会”（PDC 2000）上，發表新的语言C#。C#语言取代了Visual J++，語言本身深受Visual Basic、Java、C和C++ 的影響。

版本

版本	語言規格			日期	.NET框架的版本	Visual Studio的版本
版本	ECMA	ISO/IEC	Microsoft	日期	.NET框架的版本	Visual Studio的版本
C# 1.0	2002年12月	2003年四月	2002年一月	2002年一月	.NET Framework 1.0	Visual Studio .NET 2002
C# 1.2	2002年12月	2003年四月	2003年十月	2003年四月	.NET Framework 1.1	Visual Studio .NET 2003
C# 2.0	2006年六月	2006年九月	2005年九月	2005年11月	.NET Framework 2.0	Visual Studio 2005
C# 3.0			2007年八月	2006年11月	.NET Framework 3.5	Visual Studio 2008
C# 4.0			2010年四月	2010年四月	.NET Framework 4	Visual Studio 2010
C# 5.0			2012年十月	2012年4月	.NET Framework 4.5	Visual Studio 2012

語言特性

相對於C和C++，這個語言在許多方面進行了限制和增強：

指针（Pointer）只能被用於不安全模式。大多數對象訪問通過安全的引用实现，以避免無效的調用，並且有許多算法用於验证溢出，指针只能用於調用值类型，以及受垃圾收集控制的托管對象。
對象不能被顯式釋放，代替為當不存在被引用時通過垃圾回收器回收。
只允許單一繼承（single inheritance），但是一個類可以實現多個接口（interfaces）。
C#比C++更加類型安全。默认的安全轉換是隱含轉換，例如由短整型轉換為長整型和從派生類轉換為基類。而接口布尔型同整型，及枚举型同整型不允許隱含轉換，非空指针（通過引用相似對象）同用戶定義類型的隱含轉換字段被顯式的確定，不同於C++的複製構造函數。
数组声明語法不同（"int[] a = new int[5]"而不是"int a[5]"）。
枚举位於其所在的命名空間中。
C#中沒有模版（Template），但是在C# 2.0中引入了泛型（Generic programming），並且支持一些C++模版不支持的特性。比如泛型參數中的類型約束。另一方面，表達式不能像C++模版中被用於類型參數。
屬性支持，使用類似訪問成員的方式調用。
完整的反射支持。

C# 2.0的特性

针对于.NET SDK 2.0（相对应于ECMA-334标准第三版），C# 的新特性有：

分部類別

分部類別将類別的实现分在多个文件中。该概念于C# 中首次出现，除了能将一个類別的成员分开存放，还使ASP.NET中的代码后置得以实现。代码后置实现了HTML代码和后台交互代码的分离。

file1.cs:

public partial class MyClass1
{
    public void MyMethod1()
    {
        // implementation
    }
}

file2.cs:

public partial class MyClass1
{
    public void MyMethod2()
    {
        // implementation
    }
}

分部類別这个特性允许将一个類別的编写工作分配给多个人，一人写一个文件，便于版本控制。它又可以隔离自动生成的代码和人工书写的代码，例如设计窗体应用程序时。

泛型

泛型，或参数化类型，是被C#支持的.NET 2.0特性。不同于C++模版，.NET参数化类型是在运行时被实例化，而不是编译时，因此它可以跨语言，而C++模版却不行。它支持的一些特性并不被C++模版直接支持，比如约束泛型参数实现一个接口。另一方面，C# 不支持无类型的泛型参数。不像Java中的泛型，在CLI虚拟机中，.NET generics使用具化生成泛型参数，它允许优化和保存类型信息。^[3]

静态類別

静态類別它不能被实例化，并且只能有静态成员。这同很多过程语言中的模块概念相类似。

迭代器

一种新形式的迭代器它提供了函数式编程中的generator，使用yield return

类似于Python中使用的yield

// Method that takes an iterable input (possibly an array)
// and returns all even numbers.
public static IEnumerable<int> GetEven(IEnumerable<int> numbers)
{
    foreach(int i in numbers)
    {
        if (i % 2 == 0) yield return i;
    }
}

匿名方法

匿名方法类似于函数式编程中的闭包。^[4]

public void Foo(object parameter)
{
    // ...

    ThreadPool.QueueUserWorkItem(delegate
    {
        // anonymous delegates have full access to local variables of the enclosing method
        if(parameter == ...)
        { 
            // ... 
        }

        // ...
    });
}

委托的协变和逆变

委托签名的协变和逆变,^[5]

属性访问器可以被单独设置访问级别

例子：

string status = string.Empty;

public string Status
{
    get { return status; }             // anyone can get value of this property,
    protected set { status = value; }  // but only derived classes can change it
}

可空类型

可空类型（跟个问号，如int? i = null;）允许设置null给任何类类型。

int? i = null;
object o = i;
if(o == null)
    Console.WriteLine("Correct behaviour - runtime version from September 2005 or later");
else
    Console.WriteLine("Incorrect behaviour - pre-release runtime (from before September 2005)");

??運算子

（??）用于如果類別不为空值时回傳它自身，如果为空值则返回之后的操作

object nullObj = null; 
object obj = new Object(); 
return nullObj ?? obj; // returns obj

主要用作将一个可空类型赋值给不可空类型的简便语法

int? i = null;
int j = i ?? 0; // Unless i is null, initialize j to i. Else (if i is null), initialize j to 0.

C# 3.0的特性

C# 3.0发布于2007年10月17日，是.NET Framework 3.5的一部分，它的新特性灵感来自于函数式编程语言，如：Haskell和ML，并广泛地引入了Language Integrated Query（LINQ）模式到通用語言運行庫中e.^[6]

Linq

语言集成查询（英語：Language Integrated Query，缩写：LINQ）：^[7] 上下文相关关键字"from, where, select"可用于查询SQL、XML、集合等。这些标识符在LINQ上下文中被作为关键字，但是它们的增加不会破坏原有的名为from、where或select的变量。

类型初始化器

Customer c = new Customer();
c.Name = "James";

可写作：

Customer c = new Customer { Name="James" };

集合初始化器

MyList list = new MyList();
list.Add(1);
list.Add(2);

可写作

MyList list = new MyList { 1, 2 };

假设MyList实现了System.Collections.IEnumerable且有一个Add方法method^[8]

匿名類型

var x = new { Name="James" };

局部变量类型推断

局部变量类型推断：

var x = new Dictionary<string, List<float>>();

等同于

Dictionary<string, List<float>> x = new Dictionary<string, List<float>>();

它只是一个语法糖，这个特性被匿名类型声明时所需要

Lambda表达式

Lambda表达式（無函式名稱的物件方法在程式語言中的表達語法）:

listOfFoo.Where(
    delegate(Foo x)
    {
        return x.Size > 10; 
    }
)

可写作

listOfFoo.Where(x => x.Size > 10);

编译器翻译Lambda表达式为强类型委托或强类型表达式树.

自动化属性

编译器将自动生成私有变量和适当的getter(get访问器）和setter（set访问器），如：

public string Name
{
    get; 
    set; 
}

扩展方法

扩展方法指，一个静态类包含this关键字作为方法的第一参数时，这个方法将被添加到该this的类型中：

public static class IntExtensions
{
    public static void PrintPlusOne(this int x) 
    {
        Console.WriteLine(x + 1);
    }
}
 
int foo = 0;
foo.PrintPlusOne();

分部方法

允许代码生成器生成方法声明作为扩展点，如果有人在另一个部分类实现了它才会被包含于原代码编译。^[9]

分部方法（Partial methods）必须定义在分部类（partial classes）中
定义分部方法需要用partial做修饰符
分部方法不一定总是有执行内容的，也就是说定义的方法可以一句操作语句都没有
分部方法返回值必须是void
分部方法可以是静态（static）方法
分部方法可以包含参数，参数可以包含以下修饰词：this,ref,params
分部方法必须是私有（private）方法

例子：

partial class C
{
    static partial void M(int i); // defining declaration
}
partial class C
{
    static partial void M(int i)
    {
        dosomething();
    }
}

C# 4.0的特性

動態查閱

C# 4.0新增dynamic关键字，提供動態編程（dynamic programming），把既有的靜態物件標記為動態物件，類似javascript, Python或Ruby。

dynamic calc = GetCalculator();
int sum = calc.Add(10, 20);

具名參數與可選參數

public StreamReader OpenFile(
    string path,
    int bufferSize = 1024)
{
...
}

呼叫OpenFile時，順序可以完全顛倒：

OpenFile(bufferSize: 4096, path: "foo.txt");

與COM组件互動

在C#中打開一個Word文件：

static void Main(string[] args) {
    Word.Application wordApplication = new   
       Word.Application() {Visible = true};     
    wordApplication.Documents.Open(@"C:\plant.docx",   
       ReadOnly: true);  
}

在C#中指定Excel的某一格文字：

excelObj.Cells[5, 5].Value = "This is sample text";

泛型的协变和逆变

C# 4.0支援协变和逆变，例如在泛型介面可以加上in、out修饰字。

  public interface IComparer<in T>  
  {  
    public int Compare(T left, T right);  
  }

  public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
  {
    IEnumerator<T> GetEnumerator();
  }

程序的执行

C#并不被编译成为能够直接在计算机上执行的二进制本地代码。与Java类似，它被编译成为中间代码（Microsoft Intermediate Language），然后通过.NET Framework的虚拟机——被称之为通用语言运行库（Common Language Runtime）——执行。

所有的.Net编程语言都被编译成这种被称为MSIL（Microsoft Intermediate Language）的中间代码。因此虽然最终的程序在表面上仍然与传统意义上的可执行文件都具有“.exe”的后缀名。但是实际上，如果计算机上没有安装.Net Framework，那么这些程序将不能够被执行。

在程序执行时，.Net Framework将中间代码翻译成为二进制机器码，从而使它得到正确的运行。最终的二进制代码被存储在一个缓冲区（Buffer）中。所以一旦程序使用了相同的代码，那么将会调用缓冲区中的版本。这样如果一个.Net程序第二次被运行，那么这种翻译不需要进行第二次，速度明显加快。

标准化

微软公司已经向ECMA申请将C#作为一种标准。在2001年12月，ECMA发布了ECMA-334 C#语言规范。C#在2003年成为一个ISO标准（ISO/IEC 23270）。现在有一些独立的实现正在进行，包括：

自由软件基金会的dotGNU Portable.NET
Mono
Baltie - C# IDE for children and young Baltie

C# 的Hello World程式

下面是一個在命令列上輸出Hello World的小程序，這種程序通常作為開始學習程序語言的第一個步驟：

using System;

public class HelloWorld {

  public static void Main(string[] args) {
    Console.WriteLine("Hello world!");
  }
}

实现

C# 有5個著名的編譯器（compilers）:

最標準的C# 的实现當屬微軟自己推出、並被包含在.NET Framework內的C# 編譯器。
微軟的Rotor项目（Rotor Project，目前稱為Shared Source Common Language Infrastructure），提供了通用语言运行庫（Common Language Runtime）的实现與c# 編譯器。
由Novell贊助的Mono 项目提供了C# 編譯器，同時也接近百分之百地实现了.NET Framework类库。
Dot GNU 项目也提供了另一個自由版本的C# 編譯器，也提供了.NET Framework类库的实现。
Borland提供了项目级的C# 集成開發環境，內部所使用的編譯器仍是微軟 .NET Framework所提供的C# 編譯器（這也意味著你仍須安裝微軟的.NET Framework）。產品：C# Builder（商業版本），Turbo C# Explorer（免費版本）。

参考文献

^ https://devblogs.microsoft.com/dotnet/announcing-dotnet-9/.
^ https://learn.microsoft.com/en-gb/dotnet/csharp/whats-new/csharp-13.
^ An Introduction to C# Generics
^ Anonymous Methods (C#)
^ Covariance and Contravariance in Delegates (C#)
^ Tim Anderson. C# pulling ahead of Java - Lead architect paints rosy C# picture. Reg Developer. The Register. November 14 2006 [2007-01-20]. 请检查|date=中的日期值 (帮助)
^ LINQ. Microsoft MSDN. 2007 [2007-08-13] （English）.
^ The Mellow Musings of Dr. T : What is a collection?
^ Partial Methods. [2007-10-06].

外部鏈接

（英文）C# Language Specification (MSDN)
（英文）ECMA-334 C# Language Specification (.pdf)
（英文）ISO/IEC 23270:2003 C# Language Specification
Visual C# .NET入門 (MSDN)
MCS: Mono C# 編譯器
Visual Studio Express首頁

[wikidata-02abe9e72fa2f2c027d82c837fab0768db3a1512-v3-1] ttps://devblogs.microsoft.com/dotnet/announcing-dotnet-9/.

[wikidata-7ef8b1db0d802daa3d07a72d08cb8a4b054eeb19-v3-2] ttps://learn.microsoft.com/en-gb/dotnet/csharp/whats-new/csharp-13.

[3] An Introduction to C# Generics

[4] Anonymous Methods (C#)

[5] Covariance and Contravariance in Delegates (C#)

[6] Tim Anderson. C# pulling ahead of Java - Lead architect paints rosy C# picture. Reg Developer. The Register. November 14 2006 [2007-01-20]. 请检查|date=中的日期值 (帮助)

[7] LINQ. Microsoft MSDN. 2007 [2007-08-13] （English）.

[8] The Mellow Musings of Dr. T : What is a collection?

[9] Partial Methods. [2007-10-06].

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