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C#程序设计简介

news 2025/7/2 6:07:51

一、发展历史

C#的主要作者是丹麦计算机科学家安德斯·海尔斯伯格（Anders Hejlsberg），他是该语言的首席设计师，同时也是Turbo Pascal（Pascal 语言编译器）、Delphi（由 Borland（后被 Embarcadero 收购）开发的面向对象编程语言与集成开发环境（IDE））和TypeScript（由微软开发的开源编程语言，JavaScript 的超级版）的创造者，以及.NET框架的创立者。‌‌

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C#（读作 “C Sharp”）是由微软开发的面向对象编程语言，基于.NET 框架，旨在结合灵活性、性能和生产力。其发展历程如下：

1. 起源与早期版本（2000-2005）

  • 2000 年：C# 1.0 随.NET Framework 1.0 发布，设计灵感源自 C++、Java 和 Delphi，目标是简化企业级开发。

  • 2005 年：C# 2.0 引入泛型、匿名方法、可空类型和迭代器，增强类型安全和代码复用性。

2. 功能扩展（2007-2010）

  • 2007 年：C# 3.0 推出 Lambda 表达式、LINQ（语言集成查询）、自动属性和匿名类型，大幅提升数据查询效率。

  • 2010 年：C# 4.0 支持动态类型（dynamic）、命名参数、可选参数和 COM 互操作性，增强灵活性。

3. 异步与并行编程（2012-2015）

  • 2012 年：C# 5.0 引入async/await异步编程模型，简化异步操作的编写。

  • 2015 年：C# 6.0 增加异常过滤器、字典初始化语法、空条件运算符（?.）和 nameof 表达式，提升代码可读性。

4. 现代特性与跨平台（2017 - 至今）

  • 2017 年：C# 7.0 支持模式匹配、元组、局部函数和二进制字面量，增强代码表达力。

  • 2019 年：C# 8.0 引入 nullable 引用类型、异步流、范围运算符（..）和模式匹配增强，配合.NET Core 实现跨平台开发。

  • 2020 年：C# 9.0 推出记录类型（record）、顶级程序集、模式匹配改进和 init 只读属性。

  • 2022 年：C# 10.0 支持源生成器、文件范围命名空间、集合表达式改进和原始字符串字面量。

  • 2023 年：C# 11.0 新增泛型数学、集合切片、原始字符串内插和required修饰符，持续优化开发体验。

关键发展背景：

  • 随着.NET 从 Windows 平台扩展到.NET Core（2016）和统一的.NET（2020），C# 成为跨平台开发（Windows、macOS、Linux）的核心语言。

  • 社区驱动的改进通过.NET 基金会持续推进，例如通过 RFC（Request for Comments）收集开发者反馈。

二、开发工具

C# 开发工具覆盖从 IDE 到命令行，适配不同开发场景：

1. 集成开发环境（IDE）

Visual Studio

Visual Studio Code（VS Code）

JetBrains Rider

工具特点适用场景
Visual Studio微软官方全功能 IDE，支持调试、代码分析、UI 设计器，集成.NET 生态工具。企业级应用、Windows 桌面开发
Visual Studio Code（VS Code）轻量级跨平台编辑器，通过 C# 扩展包支持智能提示、调试和代码重构。跨平台开发、快速原型设计
JetBrains Rider跨平台 IDE，提供强大的代码分析、重构工具和多语言支持（如 C#、Kotlin）。专业开发者、复杂项目

2. 命令行工具

  • .NET CLI：跨平台命令行接口，用于创建项目、编译代码和管理依赖（如dotnet new、dotnet build）

  • MSBuild：微软构建平台，通过.csproj项目文件定义编译流程，支持自动化构建和 CI/CD

3. 辅助工具

  • Resharper（VS 插件）：代码分析、重构建议和代码生成，提升开发效率。

  • NUnit/MSTest/xUnit：单元测试框架，支持自动化测试和断言。

  • Fiddler/Postman：接口调试工具，适用于 C# 开发的 Web 服务测试。

三、基础语法知识

初始化结构

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
​
namespace ConsoleApp2
{internal class Program{static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Hello World");}}
}

1. 变量与数据类型

C# 是强类型语言，变量必须先声明后使用，且需指定类型或使用var隐式推断。

1.1 值类型（Value Types）

直接存储数据值，分配在栈内存中。常见值类型：

int age = 25;             // 整数（32位）
double height = 1.75;     // 双精度浮点数
bool isStudent = true;    // 布尔值
char grade = 'A';         // 字符（Unicode）
decimal salary = 5000.00m; // 高精度小数（金融计算）

特殊值类型：

  • 枚举（enum）

    ：定义命名常量集合：

    enum Color { Red, Green, Blue }
Color favorite = Color.Blue;

  • 结构体（struct）

    ：轻量级数据结构，可包含字段和方法：

    struct Point {public int X;public int Y;public double Distance() => Math.Sqrt(X*X + Y*Y);
}

1.2 引用类型（Reference Types）

存储对象引用，实际数据在堆内存中。常见引用类型：

string name = "Doubao";   // 字符串（不可变）
object obj = 42;          // 基类型，可引用任何对象
int[] numbers = { 1, 2, 3 }; // 数组

动态类型（dynamic）：运行时确定类型（C# 4.0+）：

dynamic dynamicVar = "Hello";
dynamicVar = 123;         // 合法，运行时绑定
1.3 可空类型（Nullable Types）

处理值类型可能为null的场景（值类型默认不可为null）：

int? nullableInt = null;  // 可空int
if (nullableInt.HasValue) {Console.WriteLine(nullableInt.Value);
} else {Console.WriteLine("Value is null");
}
​
// 空合并运算符（??）
int result = nullableInt ?? 0; // 若nullableInt为null，赋值0

2. 控制流语句

用于控制程序执行流程，支持常见的条件和循环结构。

2.1 条件语句
// if-else
int score = 85;
if (score >= 90) {Console.WriteLine("优秀");
} else if (score >= 80) {Console.WriteLine("良好");
} else {Console.WriteLine("一般");
}
​
// switch（支持模式匹配，C# 7.0+）
var day = DayOfWeek.Monday;
switch (day) {case DayOfWeek.Saturday:case DayOfWeek.Sunday:Console.WriteLine("周末");break;default:Console.WriteLine("工作日");break;
}
​
// switch表达式（C# 8.0+）
string result = day switch {DayOfWeek.Saturday or DayOfWeek.Sunday => "休息",_ => "工作"
};
2.2 循环语句
// for循环
for (int i = 0; i < 5; i++) {Console.WriteLine(i);
}// foreach循环（遍历集合）
var names = new List<string> { "Alice", "Bob" };
foreach (var name in names) {Console.WriteLine(name);
}// while循环
int count = 0;
while (count < 3) {Console.WriteLine(count++);
}// do-while循环（至少执行一次）
do {Console.WriteLine("执行一次");
} while (false);

3. 方法与参数

方法是代码复用的基本单元，支持多种参数传递方式。

3.1 方法定义与调用
// 方法定义（返回类型、方法名、参数列表）
int Add(int a, int b) {return a + b;
}// 调用方法
int sum = Add(3, 5); // sum = 8
3.2 参数传递方式
// 值传递（默认）
void Increment(int value) {value++; // 不影响原始值
}// 引用传递（ref关键字）
void Swap(ref int a, ref int b) {int temp = a;a = b;b = temp;
}
int x = 1, y = 2;
Swap(ref x, ref y); // x=2, y=1// 输出参数（out关键字）
void SplitName(string fullName, out string firstName, out string lastName) {var parts = fullName.Split(' ');firstName = parts[0];lastName = parts.Length > 1 ? parts[1] : "";
}
SplitName("John Doe", out var first, out var last);
3.3 可选参数与命名参数（C# 4.0+）
// 可选参数（提供默认值）
void PrintInfo(string name, int age = 0) {Console.WriteLine($"Name: {name}, Age: {age}");
}
PrintInfo("Alice"); // Age默认0// 命名参数（调用时指定参数名）
PrintInfo(age: 30, name: "Bob");

4. 面向对象基础

C# 是纯面向对象语言，支持封装、继承和多态。

4.1 类与对象
// 类定义
class Person {// 字段（通常私有）private string _name;// 属性（封装字段）public string Name {get => _name;set => _name = value;}// 自动属性（简化写法）public int Age { get; set; }// 构造函数public Person(string name, int age) {Name = name;Age = age;}// 方法public void SayHello() {Console.WriteLine($"Hello, I'm {Name}, {Age} years old.");}
}// 创建对象
var person = new Person("Charlie", 22);
person.SayHello(); // 输出: Hello, I'm Charlie, 22 years old.
4.2 继承与多态
// 基类
class Animal {public virtual void Speak() { // 虚方法，可被子类重写Console.WriteLine("Animal speaks");}
}// 派生类
class Dog : Animal {public override void Speak() { // 重写基类方法Console.WriteLine("Woof!");}
}// 多态调用
Animal animal = new Dog();
animal.Speak(); // 输出: Woof!
4.3 接口（Interface）

定义行为契约，类可实现多个接口：

interface ICanSwim {void Swim();
}interface ICanFly {void Fly();
}class Duck : ICanSwim, ICanFly {public void Swim() => Console.WriteLine("Swimming...");public void Fly() => Console.WriteLine("Flying...");
}

5. 集合与数组

用于存储和操作多个元素。

5.1 数组（Array）

固定长度，类型统一：

int[] numbers = new int[5]; // 声明长度为5的整数数组
numbers[0] = 100;// 初始化器语法
string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };// 多维数组
int[,] matrix = new int[3, 3];
5.2 泛型集合（推荐使用）

动态调整大小，类型安全：

// List<T>（动态数组）
var list = new List<int> { 1, 2, 3 };
list.Add(4);
foreach (var num in list) {Console.WriteLine(num);
}// Dictionary<TKey, TValue>（键值对）
var dict = new Dictionary<string, int> {["apple"] = 1,["banana"] = 2
};
Console.WriteLine(dict["apple"]); // 输出: 1// HashSet<T>（不重复集合）
var uniqueNumbers = new HashSet<int> { 1, 2, 2 }; // 实际只有1, 2

6. 异常处理

使用try-catch-finally结构捕获和处理运行时错误：

try {int result = 10 / 0; // 抛出DivideByZeroException
}
catch (DivideByZeroException ex) {Console.WriteLine("错误：除数不能为零");Console.WriteLine(ex.Message);
}
catch (Exception ex) {Console.WriteLine("未知错误：" + ex.Message);
}
finally {Console.WriteLine("无论是否出错，都会执行此代码");
}

自定义异常：

csharp

public class CustomException : Exception {public CustomException(string message) : base(message) { }
}

7. 命名空间与程序集

  • 命名空间（Namespace）：组织代码，避免命名冲突：

    csharp

    namespace MyApp.Data {public class DatabaseConnection { /* ... */ }
}// 使用其他命名空间的类型
using MyApp.Data;
var conn = new DatabaseConnection();

  • 程序集（Assembly）：物理打包单元（.dll 或.exe），包含类型和资源。

8. 现代 C# 语法糖（C# 6.0+）

简化代码编写：

// 字符串内插（C# 6.0+）
string name = "Doubao";
Console.WriteLine($"Hello, {name}!"); // 替代string.Format// 表达式体方法（C# 6.0+）
public string GetFullName() => $"{FirstName} {LastName}";// 空条件运算符（C# 6.0+）
string result = person?.Name?.ToUpper(); // 若person或Name为null，直接返回null// 模式匹配（C# 7.0+）
object obj = 42;
if (obj is int num) { // 类型模式匹配并赋值Console.WriteLine(num);
}// 元组（Tuple）（C# 7.0+）
(string First, string Last) GetName() => ("John", "Doe");
var (first, last) = GetName();

通过上述内容，你已了解 C# 的基础语法结构。进一步学习可深入高级特性（如 LINQ、异步编程）或框架应用（如ASP.NET Core）。

四、c#代码框架

C# 代码框架通常指项目的组织结构和基础代码结构，它决定了代码的可维护性、可扩展性和可测试性。以下是常见的 C# 代码框架设计原则和示例：

1.解决方案（Solution）结构

一个完整的 C# 应用通常包含多个项目，按职责划分：

plaintext

MySolution/
├── src/                   # 源代码目录
│   ├── MyApp.Domain/      # 领域模型（实体、值对象、领域服务）
│   ├── MyApp.Application/ # 应用服务（业务逻辑）
│   ├── MyApp.Infrastructure/ # 基础设施（数据库、文件系统等）
│   └── MyApp.WebApi/      # Web API 接口层
└── tests/                 # 测试项目├── MyApp.UnitTests/   # 单元测试└── MyApp.IntegrationTests/ # 集成测试
MySolution/
├── src/                   # 源代码目录
│   ├── MyApp.Domain/      # 领域模型（实体、值对象、领域服务）
│   ├── MyApp.Application/ # 应用服务（业务逻辑）
│   ├── MyApp.Infrastructure/ # 基础设施（数据库、文件系统等）
│   └── MyApp.WebApi/      # Web API 接口层
└── tests/                 # 测试项目├── MyApp.UnitTests/   # 单元测试└── MyApp.IntegrationTests/ # 集成测试

2.项目结构示例

以 ASP.NET Core Web API 项目 为例，典型的项目结构如下：

​
// MyApp.WebApi (ASP.NET Core Web API)
public class Program
{public static void Main(string[] args){CreateHostBuilder(args).Build().Run();}public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>Host.CreateDefaultBuilder(args).ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>{webBuilder.UseStartup<Startup>();});
}​public class Startup
{public void ConfigureServices(IServiceCollection services){// 注册服务services.AddControllers();services.AddSwaggerGen();// 依赖注入配置services.AddScoped<IMyService, MyService>();services.AddDbContext<ApplicationDbContext>(options =>options.UseSqlServer(Configuration.GetConnectionString("DefaultConnection")));}public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env){// 配置中间件if (env.IsDevelopment()){app.UseDeveloperExceptionPage();app.UseSwagger();app.UseSwaggerUI();}app.UseRouting();app.UseEndpoints(endpoints =>{endpoints.MapControllers();});}
}

3.分层架构实现

1. 领域层（Domain）
// MyApp.Domain
public class Product // 实体
{public Guid Id { get; private set; }public string Name { get; private set; }public decimal Price { get; private set; }public Product(string name, decimal price){Id = Guid.NewGuid();Name = name;Price = price;}public void UpdatePrice(decimal newPrice){if (newPrice <= 0) throw new ArgumentException("价格必须大于0");Price = newPrice;}
}public interface IProductRepository // 仓储接口
{Task<Product> GetByIdAsync(Guid id);Task AddAsync(Product product);Task UpdateAsync(Product product);
}
2. 应用层（Application）
// MyApp.Application
public class ProductService : IProductService // 应用服务
{private readonly IProductRepository _repository;public ProductService(IProductRepository repository){_repository = repository;}public async Task<ProductDto> GetProductAsync(Guid id){var product = await _repository.GetByIdAsync(id);if (product == null) throw new NotFoundException("产品不存在");return new ProductDto // 映射到DTO{Id = product.Id,Name = product.Name,Price = product.Price};}public async Task UpdateProductPriceAsync(Guid id, decimal newPrice){var product = await _repository.GetByIdAsync(id);product.UpdatePrice(newPrice);await _repository.UpdateAsync(product);}
}public class ProductDto // 数据传输对象
{public Guid Id { get; set; }public string Name { get; set; }public decimal Price { get; set; }
}
3. 基础设施层（Infrastructure）
// MyApp.Infrastructure
public class EfCoreProductRepository : IProductRepository // EF Core 实现
{private readonly ApplicationDbContext _context;public EfCoreProductRepository(ApplicationDbContext context){_context = context;}public async Task<Product> GetByIdAsync(Guid id){return await _context.Products.FindAsync(id);}public async Task AddAsync(Product product){await _context.Products.AddAsync(product);await _context.SaveChangesAsync();}public async Task UpdateAsync(Product product){_context.Products.Update(product);await _context.SaveChangesAsync();}
}public class ApplicationDbContext : DbContext // 数据库上下文
{public DbSet<Product> Products { get; set; }public ApplicationDbContext(DbContextOptions<ApplicationDbContext> options): base(options){}
}
4. 接口层（Web API）
// MyApp.WebApi
[ApiController]
[Route("[controller]")]
public class ProductsController : ControllerBase
{private readonly IProductService _service;public ProductsController(IProductService service){_service = service;}[HttpGet("{id}")]public async Task<ActionResult<ProductDto>> GetProduct(Guid id){var product = await _service.GetProductAsync(id);return Ok(product);}[HttpPut("{id}/price")]public async Task<IActionResult> UpdateProductPrice(Guid id, [FromBody] decimal newPrice){await _service.UpdateProductPriceAsync(id, newPrice);return NoContent();}
}

4.常用框架组件

  1. 依赖注入（DI）

    // 注册服务
services.AddSingleton<IMySingletonService, MySingletonService>();
services.AddScoped<IMyScopedService, MyScopedService>();
services.AddTransient<IMyTransientService, MyTransientService>();

  2. 配置管理

    // appsettings.json
{"ConnectionStrings": {"DefaultConnection": "Server=(localdb)\\mssqllocaldb;Database=MyDb"},"AppSettings": {"Timeout": 3000}
}// 读取配置
var timeout = Configuration.GetValue<int>("AppSettings:Timeout");

  3. 日志记录

    private readonly ILogger<MyService> _logger;public MyService(ILogger<MyService> logger)
{_logger = logger;
}public void DoWork()
{_logger.LogInformation("工作开始");try{// 业务逻辑}catch (Exception ex){_logger.LogError(ex, "工作失败");throw;}
}

  4. 异步编程

    public async Task<IEnumerable<Product>> GetProductsAsync()
{return await _context.Products.AsNoTracking().ToListAsync();
}

5.测试框架

// MyApp.UnitTests (xUnit + Moq)
public class ProductServiceTests
{private readonly Mock<IProductRepository> _mockRepository;private readonly ProductService _service;public ProductServiceTests(){_mockRepository = new Mock<IProductRepository>();_service = new ProductService(_mockRepository.Object);}[Fact]public async Task GetProductAsync_ShouldReturnProduct(){// Arrangevar productId = Guid.NewGuid();var mockProduct = new Product("测试产品", 9.99m) { Id = productId };_mockRepository.Setup(r => r.GetByIdAsync(productId)).ReturnsAsync(mockProduct);// Actvar result = await _service.GetProductAsync(productId);// AssertAssert.NotNull(result);Assert.Equal(productId, result.Id);Assert.Equal("测试产品", result.Name);}
}

6.推荐的框架和库

  1. Web 开发

    • ASP.NET Core

    • Minimal APIs

    • Blazor (前端框架)

  2. 数据访问

    • Entity Framework Core

    • Dapper

    • MongoDB.Driver

  3. 测试

    • xUnit/NUnit/MSTest

    • Moq

    • FluentAssertions

  4. 工具

    • AutoMapper (对象映射)

    • MediatR (CQRS 模式)

    • Serilog (日志)

    • Polly (弹性和瞬态故障处理)

步编程）或框架应用（如ASP.NET Core）。

http://www.lqws.cn/news/591571.html

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