C# 7.0 语言新特性

Posted 2020-08-04

下面是关于在C＃7.0语言中计划功能的说明。其中大部分功能在Visual Studio “15” Preview 4中能运行。现在是最好的试用时期，请记录下你们的想法。

C＃7.0语言增加了许多的新功能，促使专注于数据消费，简化代码和性能。

或许最大的特征是元组（tuples） ，使得它易于有多个结果，并从而简化代码是以对数据的形状为条件的模式匹配。但也有许多其他的一些功能希望将它们结合起来，让代码运行更高效，更明确，从而获得更多的创造性。如果有哪些运行不是你想要的或者有想改进的功能，在Visual Studio的窗口顶部使用“send feedback”功能将结果反馈给我们。在我所描述的许多功能在Preview 4还没有办法充分运行，根据用户的反馈结果，我们将在发布最终版是增加些新的功能。而必须要指出的是，现有计划中的一些功能在最终版也可能会有所改变或取消。

如果你对这个功能设置感兴趣并想学习它，在Roslyn GitHub site上可以找到许多的设计说明和相关讨论。

 输出（out）变量

目前在C＃中，使用out参数并不像我们想象中那么流畅。在使用out参数调用方法时，你首先必须声明变量传递给它。虽然你通常不会初始化这些变量（他们将通过该方法后所有被覆盖），也不能使用VAR来声明他们，但是需要指定完整的类型：

public void PrintCoordinates(Point p)
{    int x, y; // have to "predeclare"
    p.GetCoordinates(out x, out y);
    WriteLine($"({x}, {y})");
}

在C＃7.0，我们增加了Out变量，作为out参数传递的点来声明一个变量权：

public void PrintCoordinates(Point p)
{
    p.GetCoordinates(out int x, out int y);
    WriteLine($"({x}, {y})");
}

需要注意的是，变量是在封闭块范围内，所以后续可以使用它们。大多数类型的语句不建立自己的适用范围，因此out变量通常在声明中被引入到封闭范围。

注：在Preview 4中，适用范围规则更为严格：out变量的作用域为它们在声明的说法。因此，上面的例子将会在下个版本中使用。

 

由于out变量直接声明作为参数传递给out参数，编译器通常可以告知类型（除非有冲突的过载）。所以这是很好用VAR，而不是一个类型来声明它们：

p.GetCoordinates(out var x, out var y);

out参数的一个常见的用途是Try...模式，其中out参数一个boolean return表示成功，out参数进行得到的结果：

public void PrintStars(string s)
{    if (int.TryParse(s, out var i)) { WriteLine(new string(‘*‘, i)); }    else { WriteLine("Cloudy - no stars tonight!"); }
}

注：Preview 4处理的比较好的地方在于只是用if语句定义它。

计划允许“wildcards”作为out参数以及在*的形式，忽视不重要的out参数：

p.GetCoordinates(out int x, out *); // I only care about x

注：wildcards能否把它变成C#7.0还是个未知数。

模式匹配

C# 7.0 引入了模式的概念，QKXue.NET为你讲解C# 7.0的模式概念，抽象地说，这是一种语法成分可以用来测试一个值是否有一个一定的“形”以及在它起作用时从值里面获取到的额外信息。

下面是 C# 7.0 中关于模式的例子：

    c 的常量模式（c 是C#中的一个常量表达式），用于测试输入的参数是否和 c 相等

    T x 的类型模式（T 是一个类型，x 是一个标识符），用于测试输入的参数是否有类型 T，如果有，提取输入参数的值到一个 T 类型的新 x 变量中。

    var x 变量模式（x 是一个标识符），通常会匹配并简单地将输入参数的值放进一个新变量 x 中

这是个开始，模式是一种新的 C# 语言元素，而且我们将来可以把它们更多地增加到 C# 中。
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其它翻译版本(1)

在 C# 7.0 中，我们正在使用模式以增强两种已存在的语言结构：

    is 表达式现在在右边可以有一个模式，而不只是一个类型

    case 子句在 switch 语句中现在可以通过模式匹配，而不仅仅是常量值

在将来的C#中，我们或许会增加更多能使用模式的地方。
带模式的 Is 表达式

这是一个使用带有常量模式和类型模式的 is 表达式的例子：

public void PrintStars(object o)
{    if (o is null) return;     // constant pattern "null"    if (!(o is int i)) return; // type pattern "int i"
    WriteLine(new string(‘*‘, i));
}

 正如你所看到的，模式变量（变量通过模式引入）与先前描述的 out 变量有些类似，他们可以在表达式中被声明，而且可以在它们最近的周围范围内被使用。也像 out 变量那样，模式变量是易变的，

    注: 就像 out 变量一样，严格的范围规则适用于 Preview 4.

模式和 Try 方法通常会一起出现:

if (o is int i || (o is string s && int.TryParse(s, out i)) { /* use i */ }

 带模式的 Switch 语句

我们正在泛化 switch 语句，因此：

    你可以在任何类型上使用 switch（不仅仅是原始类型）
    可以在 case 子句中使用模式
    Case 子句可以拥有额外的条件

这里是一个简单的例子：

switch(shape)
{
    case Circle c:
        WriteLine($"circle with radius {c.Radius}");
        break;
    case Rectangle s when (s.Length == s.Height):
        WriteLine($"{s.Length} x {s.Height} square");
        break;
    case Rectangle r:
        WriteLine($"{r.Length} x {r.Height} rectangle");
        break;
    default:
        WriteLine("<unknown shape>");
        break;
    case null:
        throw new ArgumentNullException(nameof(shape));
}

 有几件关于这个新扩展的 switch 语句的事需要注意：

    case 子句的顺序现在很重要：就像 catch 子句，case 子句不再是必然不相交的，第一个子句匹配的将被选择。因此这里重要的是上面代码中 square case 比 rectangle case 来得要早。也是和 catch 子句一样，编译器会通过标记明显不能到达的情况来帮助你。在这之前，你永远无法知道评价的顺序，所以这不是一个重大改变的特性。
    默认子句总是最后被评价：即使上面代码中 null 子句是最后才来，它会在默认子句被选择前被检查。这是为了与现有 switch 语义相兼容。然而，好的做法通常会让你把默认子句放到最后。
    null 子句在最后不可到达：这是因为类型模式遵循当前的 is 表达式的例子并且不会匹配空值。这保证了空值不会偶然被任何的类型模式捎来第一抢购。你必须更明确如何处理它们（或为默认子句留下他们）。

通过 case ...: 标签引入的模式变量仅存在于相对应的 switch 部分的范围内。

 元组

这是常见的希望从一个方法返回多个值的做法。目前可用的选项不是最佳的：


    Out 参数。使用笨拙（即便有上面描述到的提升），它们不使用异步的方法运行。
    System.Tuple<...>  返回类型。使用累赘并且需要一个元组对象的分配。
    为每个方法定制传输类型：大量的代码为了类型开销的目的仅是临时收集一些值
    匿名类型通过返回一个 dynamic 返回类型。高性能开销并且没有静态类型检查。

为了在这方面做得更好，C# 添加了tuple types 和 tuple literals:

(string, string, string) LookupName(long id) // tuple return type
{
    ... // retrieve first, middle and last from data storage
    return (first, middle, last); // tuple literal
}

 这个方法目前有效地返回三个字符串，将其作为元素在元组类型里包裹起来。

方法的调用者将会接受到一个元组，并且可以逐一访问元素。

var names = LookupName(id);
WriteLine($"found {names.Item1} {names.Item3}.");

Item1 等等，是元组元素的默认名字，并能够经常被使用。但它们不是太好描述的，因此你可以选择性地添加更好的一个。

(string first, string middle, string last) LookupName(long id) // tuple elements have names

现在元组的接受者拥有更多的可描述的名字用于运行：

var names = LookupName(id);
WriteLine($"found {names.first} {names.last}.");

你也可以在  tuple literals 中直接指定名字：

return (first: first, middle: middle, last: last); // named tuple elements in a litera

通常来说，你可以互相分配元组类型无关的名字，只要独立的元素是可以被分配的，元组类型会自如 转换成其他元组类型。特别是对于 tuple literals ，存在一些限制，这会警告或提示在常见的错误的情况下提示，例如偶然交换元素的名字。

    注意：这些限制还没在 Preview 4 中实现

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元组是值类型，而且他们的元素只是公开、易变的域。他们的值相等，代表这两个元组是相等的（都有相同的哈斯码）如果它们的元素都结对匹配（都有相同的哈斯码）。

这使得元组对于在多种返回值下的很多情况十分有用。举例来说，如果你需要一个有多种键的词典，使用元组作为你的键，然后一切东西就会如常工作。如果你需要在每个位置有一个有多种值的列表，使用元组，查找列表等等，程序会正常运行。

    注意：元组依赖一系列底层类型，它们在 Preview 4 中不被引入。为了将来的工作，你可以通过 NuGget 轻易获取它们： 在 Solution Explorer 中右键点击项目，并选择“Manage NuGet Packages…” 选择“Browse”选项卡，检查“Include prerelease” 并且选择“nuget.org”作为“Package source” 搜索“System.ValueTuple”并安装它

    局长
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解 构

另一种消除元组（tuple）的方法是解构元组。通过一个解构声明语法，把一个元组（或者其他的值）拆分为几部分，并且重新定义为新的变量。

(string first, string middle, string last) = LookupName(id1); // deconstructing decla
rationWriteLine($"found {first} {last}.");

在解构中可采用var关键字：

(var first, var middle, var last) = LookupName(id1); // var inside

或者把var关键字提取出来，在括号外：

var (first, middle, last) = LookupName(id1); // var outside

你也可以通过解构赋值来解构一个现有变量：

(first, middle, last) = LookupName(id2); // deconstructing assignment

不仅仅元组可以被解构，任何类型都可以被解构，只要有一个对应的（实体或者扩展）解构方法：

public void Deconstruct(out T1 x1, ..., out Tn xn) { ... }

 输出参数由解构之后的结果值构成。

（为什么采用数据参数代替返回一个元组？这样，你可以重载多个不同的数值）

class Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
 
    public Point(int x, int y) { X = x; Y = y; }
    public void Deconstruct(out int x, out int y) { x = X; y = Y; }
}
 
(var myX, var myY) = GetPoint(); // calls Deconstruct(out myX, out myY);

 这将成为一种常见模式，包含析构函数和“对称”解析：

针对输出变量，我们计划在解构中允许使用“通配符”：

(var myX, *) = GetPoint(); // I only care about myX

    注：仍然还没有确定是否将通配符引入C# 7.0中。

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局部函数

有时，一个辅助函数只在一个使用它的单一方法内部有意义。现在你可以在其他功能体内部声明这些函数作为一个局部函数：

public int Fibonacci(int x)
{
    if (x < 0) throw new ArgumentException("Less negativity please!", nameof(x));
    return Fib(x).current;
 
    (int current, int previous) Fib(int i)
    {
        if (i == 0) return (1, 0);
        var (p, pp) = Fib(i - 1);
        return (p + pp, p);
    }
}

 参数和闭合区间局部变量可用在局部函数内，类似lambda表达式。

举一个例子，方法实现迭代器通常需要严格检查调用时非迭代器封装方法。（迭代器本身没有运行，只到调用MoveNext 才会运行）。局部函数在这种情况下是完美的：

public IEnumerable<T> Filter<T>(IEnumerable<T> source, Func<T, bool> filter)
{
    if (source == null) throw new ArgumentNullException(nameof(source));
    if (filter == null) throw new ArgumentNullException(nameof(filter));
 
    return Iterator();
 
    IEnumerable<T> Iterator()
    {
        foreach (var element in source)
        {
            if (filter(element)) { yield return element; }
        }
    }
}

 如果迭代器是一个私有方法的下一个过滤器，它将有可能被其他成员不小心使用（没有参数检查）。此外，作为过滤器，它将需要采取所有的相同的参数，而不是指定域内的参数。

       注：在Preview 4版本中，本地函数必须在它们被调用之前声明。这个限制将被放松，能调用读取直接赋值的局部变量。

    蓝一点
蓝一点
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Literal 改进

C# 7.0 允许使用“_”作为数字分隔符在数字literals中：

var d = 123_456;
var x = 0xAB_CD_EF;

 你可以把它放在你想要的位置，提升可读性。这样对数值没有任何影响。

此外，C# 7.0也介绍了二进制literals，这样你可以直接指定二进制模式而不必知道十六进制符号。

var b = 0b1010_1011_1100_1101_1110_1111;

Ref 返回和本地

就像你可以通过reference（用ref修饰符）在C＃中传递东西，您现在可以通过reference return 他们，并通过 reference将它们存储在局部变量中。

public ref int Find(int number, int[] numbers)
{
    for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
    {
        if (numbers[i] == number)
        {
            return ref numbers[i]; // return the storage location, not the value
        }
    }
    throw new IndexOutOfRangeException($"{nameof(number)} not found");
}
 
int[] array = { 1, 15, -39, 0, 7, 14, -12 };
ref int place = ref Find(7, array); // aliases 7‘s place in the array
place = 9; // replaces 7 with 9 in the array
WriteLine(array[4]); // prints 9

这对绕过占位符成为大数据结构是非常有用的。举例来说，一个游戏可能会在一个大的预分配数组结构中保存其数据（为避免垃圾收集暂停）。Methods 可以直接返回一个 reference 到这样一个结构，且通过调用者可以读取和修改它。

这里有一些限制，以确保这是安全的：

    你可以只返回 refs 那些是 “安全返回（safe to return）”的:那些被传递给你的，和那些点到对象的字段。

    Ref locals被初始化为某一存储位置，并且不能突变到指向另一个。

    花仲马
花仲马
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广义异步返回类型

截至目前为止，在C＃调用异步方法必须要返回void，Task或Task<T>。C＃7.0允许以这样的方式来定义其它类型，从而使它们可以从异步方法返回。

例如，我们计划有一个ValueTask<T>结构类型。它是建立在预防Task<T> 对象的分配时，异步操作的结果是已在可等候的时间的情况下。对于很多异步场景，比如以涉及缓冲为例， 这可以大大减少分配的数量，并使性能有显著提升。

这里有许多其他的方法可以让您想象自定义“task-like”类型是有用的。它不会是简单的正确创建，所以我们不要指望大多数人推出自己的，但他们很可能将会开始在框架和API展现出来，然后调用方可以返回并await他们今天做任务（Tasks）的方式。

        注：广义异步返回类型尚未应用在预览4。     

    花仲马
花仲马
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更多 Expression-bodied 方法

Expression-bodied 方法、属性等都是C# 6.0的重大突破，但并不允许他们在各种各样的member中使用，C#7.0添加了访问器、构造函数和终结器等，使更多member可以使用Expression-bodied 方法：

class Person
{
    private static ConcurrentDictionary<int, string> names = new ConcurrentDictionary<int, string>();
    private int id = GetId();
 
    public Person(string name) => names.TryAdd(id, name); // constructors
    ~Person() => names.TryRemove(id, out *);              // destructors
    public string Name
    {
        get => names[id];                                 // getters
        set => names[id] = value;                         // setters
    }
}

         注：这些额外的Expression-bodied 方法还没有工作在预览4。

这是一个由社区贡献的特征，而非微软C#团队。并且，开源！
    花仲马
花仲马
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在表达式的中间抛出一个异常是很容易的，只需要为你自己调用一个方法，但在C#7.0中我们允许在一些地方直接抛出表达式：

class Person
{
    public string Name { get; }
    public Person(string name) => Name = name ?? throw new ArgumentNullException(name);
    public string GetFirstName()
    {
        var parts = Name.Split(" ");
        return (parts.Length > 0) ? parts[0] : throw new InvalidOperationException("No name!");
    }
    public string GetLastName() => throw new NotImplementedException();
}

注：抛出表达式还未在预览4工作。