C#创建类型

2022-04-24 07:11:48

类（Class）

最常见的一种引用类型

class YourClassName
{
}

class前面可以加上一些关键字，比如public、private、abstract、static、readonly

class后面是这个类的名称，类型名称后面也可以跟一些东西，比如泛型类、继承的父类等

字段（Fields）

是Class或Struct的成员，它是一个变量

class Octopus
{
    string name;
    public int Age = 10;
}

readonly修饰符

readonly修饰符防止字段在构造之后被改变
readonly字段只能在声明的时候被赋值，或在构造函数里被赋值

字段的初始化

字段可以可选的初始化
未初始化的字段有一个默认值
字段的初始化在构造函数之前运行

同时声明多个字段

static readonly int legs = 8, eyes = 2;

方法

一个方法通常有一些语句组成，执行某个动作
参数
返回类型
void
ref/out

方法的签名

类型类方法的签名必须唯一

签名：方法名、参数类型（含顺序，但与参数名称和返回类型无关）

Expression-bodied methods (C# 6)

int Foo (int x)
{
    return x * 2;
}

int Foo (int x) => x * 2;

void Foo (int x) => Console.WriteLine (x);

第一个是一个常规的写法，第二个就是第一个的Expression-bodied方法的形式。当然没有返回类型的也可以这样写，这种写法只适用于一些简单的方法，单表达式的方法。

方法的重载（Overloading methods）

类型里的方法可以进行重载（允许多个同名的方法同时存在），只要这些方法的签名不同就行

void Foo (int x) {...}
void Foo (double x) {...}
void Foo (int x, float y) {...}
void Foo (float x, int y) {...}

在看一个特殊点的方法的例子

void Foo (int x) {...}
float Foo (int x) {...} // 编译时报错，签名相同，因为签名不包含方法的返回类型
void Goo (int[] x) {...}
void Goo (params int[] x) {...} // 编译时错误，签名相同，因为签名不包含参数类型的修饰符（params去掉就是一样的）

按值传递和按引用传递

参数是按值传递的还是按引用传递的，也是方法签名的一部分

void Foo (int x) {...}
void Foo (ref int x) {...} // 是可以的

因为参数的传递方式是不同的，一个是值类型，一个是引用类型，所以签名不一致，是可以的，下面这样就不行了：

void Foo (int x) {...}
void Foo (ref int x) {...} // 是可以的
void Foo (out int x) {...} // 编译时错误

后两个方法的参数类型和方法名都是一样的，而且都是按引用传递，所以后两个的签名是一样的

本地方法（C# 7）

一个方法在另一个方法的里面，就叫本地方法（Local methods）

void WriteCubes()
{
    Console.WriteLine (Cube (3));
    Console.WriteLine (Cube (4));
    Console.WriteLine (Cube (5));
    int Cube (int value) => value * value * value;
}

本地方法仅对封闭方法可见，Cube仅在WriteCubes方法内可见
本地方法可以出现在其他函数类型中，例如属性访问器、构造函数等
本地方法也可以是迭代器或异步方法
static修饰符对于本地方法是无效的

构造函数

运行class或struct的初始化代码
和方法差不多，方法名和类型一致，返回类型也和类型一致，但不写了

看一个构造的例子：

public class Panda
{
    string name; // 定义字段
    public Panda (string n) // 定义构造函数
    {
        name = n; // 初始化代码
    }
}

……
Panda p = new Panda ("Petey"); // 调用构造函数

构造函数允许以下修饰符

访问修饰符： public internal private protected
非托管代码修饰符： unsafe extern

从C#7开始，允许单语句的构造函数写成expression-bodied成员的形式，上面的Panda类的构造函数可以写成如下形式：

public Panda (string n) => name = n;

构造函数的重载

class和struct可以重载构造函数
调用重载构造函数时使用this

看下例子：

public class Wine
{
    public decimal Price;
    public int Year;

    public Wine (decimal price) 
    {
        Price = price;
    }

    public Wine (decimal price, int year) : this (price)
    {
        Year = year;
    }
}

当同一个类型下的构造函数A调用构造函数B的时候，B先执行

看下下面的例子：

public class Wine
{
    public decimal Price;
    public int Year;

    public Wine (decimal price) 
    {
        Price = price;
        Console.WriteLine("1");
    }

    public Wine (decimal price, int year) : this (price)
    {
        Year = year;
        Console.WriteLine("2");
    }
}

调用构造函数var wine = new Wine(25m, 1988);

结果是先输出1，再输出2

可以把表达式传递给另一个构造函数，但表达式本身不能使用this引用，因为这时候对象还没有被初始化，所以任何方法的调用都会失败，但是可以使用static方法。

无参构造函数

对于class，如果你没有定义任何构造函数，那么C#编译器会自动生成一个无参的public构造函数
但是如果你定义了构造函数，那么这个无参的构造函数就不会被编译器生成了

构造函数和字段的初始化顺序

字段的初始化发生在构造函数执行之前
字段按照声明的先后顺序进行初始化

非public的构造函数

构造函数可以不是public的，看个例子：

public class Class1
{
    Class1() {} // 私有的构造函数
    
    public static Class1 Create (...)
    {
        // 在这里执行自定义的逻辑来返回Class1的实例
        ...
    }
}

那么获取类的实例则无法在通过new关键字获取了，而是通过类内部的创建实例的静态方法获取：var instance = Class1.Create();

单例模式则可以这么写

Deconstructors (C# 7)

C#7引入了deconstructor模式，作用基本和构造函数相反，它会把字段反赋给一堆变量

有一些要求，比如方法名必须是Deconstruct，有一个或多个out参数

class Rectangle
{
    public readonly float Width, Height;
    public Rectangle (float width, float height)
    {
        Width = width;
        Height = height;
    }
    public void Deconstruct (out float width, out float height)
    {
        width = Width;
        height = Height;
    }
}

调用析构函数，我们可以下面的方式

var rect = new Rectangle (3, 4);
(float width, float height) = rect; // Deconstruction
Console.WriteLine (width + " " + height); // 3 4

第二行就是调用析构函数，当然，它也可以这么写，似乎更好理解一点

float width, height;
rect.Deconstruct (out width, out height);

或者以下的方法都是可以的：

rect.Deconstruct (out var width, out var height);
//或者这样
(var width, var height) = rect;
//或这样
var (width, height) = rect;
//或这样
float width, height;
(width, height) = rect;

析构函数，可以重载，也可以是扩展方法，扩展方法这里就不展开说了

对象初始化器（Object Initializers）

对象任何可访问的字段/属性在构造之后，可通过对象初始化器直接为其进行设定值

下面是一个Bunny类，包含一个无参的构造函数和一个有参的构造函数

public class Bunny
{
    public string Name;
    public bool LikesCarrots;
    public bool LikesHumans;
    public Bunny () {}
    public Bunny (string n) { Name = n; }
}

使用对象初始化器实例化Bunny对象

// 无参的构造函数可以省略掉小括号
Bunny b1 = new Bunny { Name="Bo", LikesCarrots=true, LikesHumans=false };
Bunny b2 = new Bunny ("Bo") { LikesCarrots=true, LikesHumans=false };

上面的这个对象初始化器的代码，就相当于下面的这段代码：

Bunny temp1 = new Bunny(); // temp1 是编译器生成的名称
temp1.Name = "Bo";
temp1.LikesCarrots = true;
temp1.LikesHumans = false;

Bunny b1 = temp1;

Bunny temp2 = new Bunny ("Bo");
temp2.LikesCarrots = true;
temp2.LikesHumans = false;

Bunny b2 = temp2;

临时变量是为了确保如果在初始化过程中发生了异常，那么不会以一个初始化了一半的对象而结束

对象初始化器与可选参数

如果不使用初始化器，上面例子中的构造函数也可以使用可选参数：

public Bunny (string name, bool likesCarrots = false, bool likesHumans = false)
{
    Name = name;
    LikesCarrots = likesCarrots;
    LikesHumans = likesHumans;
}

那么在调用的时候可以这么调用，name是必须的，后面两个参数可传可不传：

Bunny b1 = new Bunny (name: "Bo", likesCarrots: true);

可选参数方式有个优点，可以做到让Bunny类的字段/属性只读，也有个缺点，每个可选参数的值都被嵌入到了调用栈（calling site），C#会把构造函数的调用翻译成下面的形式：

Bunny b1 = new Bunny ("Bo", true, false);

其实我们使用了两个参数，最后一个值我们没有用，但是它把这个值嵌入进去（默认值）

这个可选参数的缺点，有时候可能会引起一些问题，比如，我们在另一个程序集里实例化这个类，然后为这个Bunny再添加了一个参数，变成4个参数了，这个时候就可能有问题，因为如果另一个程序集没有重新编译，那么调用的就还是原来的三个参数的构造函数，然后一运行运行时就会报错了；还有一种情况是，如果改变了其中一个可选参数的值，那么其他程序集的调用者调用的还是会使用原来旧的参数值，直到那些程序集被重新编译。

this 引用

this引用指的是实例的本身

public class Panda
{
    public Panda Mate;
    public void Marry (Panda partner)
    {
        Mate = partner;
        partner.Mate = this;
    }
}

this引用可以让你把字段与本地变量或参数区分开

public class Test
{
    string name;
    public Test (string name)
    {
        this.name = name;
    }
}

只有class/struct的非静态成员才可以使用this

属性（Properties）

从外部来看，属性和字段很像，但从内部看，属性含有逻辑，就像方法一样

Stock msft = new Stock();
msft.CurrentPrice = 30;
msft.CurrentPrice -= 3;
Console.WriteLine (msft.CurrentPrice);

我们从外面看不出来CurrentPrice是属性还是字段

属性的声明

属性的声明和字段的声明很像，但是多了一个get、set块

public class Stock
{
    decimal currentPrice; // The private "backing" field

    public decimal CurrentPrice // The public property
    {
        get { return currentPrice; }
        set { currentPrice = value; }
    }
}

属性的get set

get/set代表属性的访问器
get访问器会在属性被读取的时候运行，必须返回一个该属性类型的值
set访问器会在属性被赋值的时候运行，有一个隐式的该类型的参数value，通常你会把value赋值给一个私有字段

属性与字段的区别

尽管属性的访问方式与字段的访问方式相同，但不同之处在于，属性赋予了实现者对获取和赋值的完全控制权。这种控制允许实现者选择任意所需的内部表示，不向属性的使用者公开其内部实现细节。

只读和计算的属性

如果属性只有get访问器，那么它就是只读的

如果属性只有set访问器，那么它就是只写的（很少这样用）

属性通常拥有一个专用的“幕后”字段（backing field），这个幕后的字段用来存储数据

decimal currentPrice, sharesOwned;
public decimal Worth
{
    get { return currentPrice * sharesOwned; }
}

Expression-bodied 属性

从C#6开始，你可以使用Expression-bodied形式来表示只读属性

public decimal Worth => currentPrice * sharesOwned;

C#7，允许set访问器也可以使用这种形式

public decimal Worth
{
    get => currentPrice * sharesOwned;
    set => sharesOwned = value / currentPrice;
}

自动属性

属性最常见的一种实践是：setter和getter只是对private field进行简单的直接的读写。自动属性声明就告诉编译器来提供这种实现

public class Stock
{
    ...
    public decimal CurrentPrice { get; set; }
}

编译器会自动生成一个幕后的私有字段，其名称不可引用

set访问器也可以是private或protected

属性初始化器

从C#6开始，你可以为自动属性添加属性初始化器

public decimal CurrentPrice { get; set; } = 123;

只读的自动属性也可以使用（只读自动属性也可以在构造函数里被赋值）

public int Maximum { get; } = 999;

get 和 set 的访问性

get和set访问器可以拥有不同的访问级别，典型的用法：public get，internal/private set

public class Foo
{
    private decimal x;
    public decimal X
    {
        get { return x; }
        private set { x = Math.Round (value, 2); }
    }
}

注意，通常属性的访问级别更宽松一些，访问器的访问级别更严一些（上面例子中的属性X的public和set的private）

CLR的属性实现

C#的属性访问器内部会编译成get_XXX 和 set_XXX

public decimal get_CurrentPrice {...}
public void set_CurrentPrice (decimal value) {...}

简单的非virtual属性访问器会被JIT编译器进行内联（inline）操作，这会消除访问属性与访问字段之间的性能差异。内联是一种优化技术，它会把方法调用换成直接使用方法体。

索引器

索引器提供了一种可以访问封装了列表值或字典值的class/struct的元素的一种自然的语法

string s = "hello";
Console.WriteLine (s[0]); // ‘h‘
Console.WriteLine (s[3]); // ‘l‘

语法很像使用数组时用的语法，但是这里的索引参数是可以是任何类型的

索引器和属性拥有同样的修饰符

可以按照下列方式使用null条件操作符：

string s = null;
Console.WriteLine (s?[0]);

实现索引器

需要定义一个this属性，并通过中括号指定参数

class Sentence
{
    string[] words = "The quick brown fox".Split();
    public string this [int wordNum] // 索引器
    {
        get { return words [wordNum]; }
        set { words [wordNum] = value; }
    }
}

使用索引器

Sentence s = new Sentence();
Console.WriteLine (s[3]); // fox
s[3] = "kangaroo";
Console.WriteLine (s[3]); // kangaroo

多个索引器

一个类型可以声明多个索引器，它们的参数类型可以不同

一个索引器可以有多个参数

public string this [int arg1, string arg2]
{
    get { ... } set { ... }
}

只读索引器

如果不写set访问器，那么这个索引器就是只读的

在C#6以后，也可以使用Expression-bodied语法

public string this [int wordNum] => words [wordNum];

CLR的索引器实现

索引器在内部会编译成get_Item和set_Item方法

public string get_Item (int wordNum) {...}
public void set_Item (int wordNum, string value) {...}

常量

一个值不可以改变的静态字段，在编译时值就已经定下来了
任何使用常量的地方，编译器都会把这个常量替换为它的值
常量的类型可以是内置的数值类型、bool、char、string或enum
使用const关键字声明，声明的同时必须使用具体的值来对其初始化

一个常量的例子：

public class Test
{
    public const string Message = "Hello World";
}

常量与静态只读字段

常量比静态只读字段更严格：

体现在两个方面，一个是可使用的类型，第二个是字段初始化的语义上

常量是在编译时进行值得估算的

public static double Circumference (double radius)
{
    return 2 * System.Math.PI * radius;
}

编译成下面的形式：

public static double Circumference (double radius)
{
    return 6.2831853071795862 * radius;
}

有一点需要注意，当值有可能改变，并且需要暴露给其它程序集的时候，静态只读字段是相对较好的选择

public const decimal ProgramVersion = 2.3;

如果Y 程序集引用了X程序集并且使用了这个常量，那么在编译的时候，2.3这个值就会固化在Y程序集里，这意味着，如果后来X重新编译了，这个常量变成了2.4，如果Y不重新编译的话，Y仍将使用2.3这个值，直到Y被重新编译，它的值才会变成2.4.静态只读字段就会避免这个问题的发生。

常量不仅仅可以作为类型的字段，它还可以作为本地常量，在方法里声明常量，例如：

static void Main()
{
    const double twoPI = 2 * System.Math.PI;
    ...
}

静态构造函数

静态构造函数，每个类型执行一次
非静态构造函数，每个实例执行一次
一个类型只能定义一个静态构造函数，并且必须无参、方法名与类型一致

class Test
{
    static Test()
    {
        Console.WriteLine ("Type Initialized");
    }
}

在类型使用之前的一瞬间，编译器会自动调用类型的静态构造函数：

一个是实例化一个类型之前，一个是访问类型的一个静态成员之前

只允许使用unsafe 和 extern 修饰符

如果静态构造函数跑出来未处理的异常，那么这个类型在该程序的剩余生命周期内将无法使用了

静态构造函数和字段初始化顺序

静态字段的初始化器在静态构造函数被调用之前的一瞬间运行
如果类型没有静态构造函数，那么静态字段初始化器在类型被使用之前的一瞬间执行，或者更早，在运行时突发奇想的时候就执行了
静态字段的初始化顺序与它们的声明顺序一致

class Foo
{
    public static int X = Y; // 0
    public static int Y = 3; // 3
}

因为是按照声明的顺序初始化的，所以X的时候Y还没有，所以是0。

class Program
{
    static void Main() { Console.WriteLine (Foo.X); } // 3
}
class Foo
{
    public static Foo Instance = new Foo();
    public static int X = 3;
    Foo() { Console.WriteLine (X); } // 0
}

在类Program里，输出的是3，因为在使用Foo类之前这个类型就已经初始化完成，所以是3，而在Foo类里面，则按照什么的先后顺序分别初始化静态构造函数，然后是静态字段，所以静态构造函数输出的是0，X还没有初始化。

静态类

类也可以是静态的，但是有个要求，就是其成员也必须全是静态的，不可以有子类。

例如：System.Console 、System.Math 等

终结器（Finalizers）

Finalizer是class专有的一种方法，在GC回收未引用对象的内存之前运行，其实就是对object的Finalize()方法重写的一种语法

这个很少用，例子：

class Class1
{
    ~Class1()
    {
        ...
    }
}

编译生成的是这样的

protected override void Finalize()
{
    ...
    base.Finalize();
}

C#7可以这样写：

~Class1() => Console.WriteLine ("Finalizing");

C#创建类型

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