一探即將到來的 C# 10-有解無憂

前言

本來因為懶不想寫這篇文章，但是不少人表示有興趣，于是最后決定還是寫一下，

.NET 6 最近幾個預覽版一直都在開發體驗（如 hot reload、linker 等）、平臺支持（如 Android、iOS 等）、工具鏈（如 crossgen2、PGO 工具和 wasm 的 AOT 等）、JIT（如 LSRA、Jump threading、PGO 和 guarded devirtualization 以及使 struct 保持在暫存器上等）、GC（如 Regions 等）以及 BCL（如 TimeOnly、DateOnly 以及 Json DOM 等）方面做改進，然而卻一直沒有公布 C# 10 的任何內容，即使在 Build 2021 大會上也沒有提及這方面內容，然而實際上不少特性的實作已經接近尾聲了，那么讓我們提前來看看 C# 10 可以為我們帶來什么東西，

當然，不是所有下面列出的特性都一定會進入 C# 10，也可能會和本文有所出入，我在每一個特性后面加了一個百分比表示最終實裝的可能性，僅供參考，

Backing Fields（60%）

相信不少人在撰寫屬性的時候，因為自動屬性不能滿足自己的需求于是不得不改回手動實作屬性，這個時候總是會想“如果能不用手動寫欄位的定義就好了”，現在這個夢想成真了：

private int myInt;
public int MyInt { get => myInt; set => myInt = value; }

C# 10 中新增了一個 field，當使用它時會自動為屬性創建欄位定義，不需要再手動定義欄位了，因此也叫做半自動屬性，

public int MyInt { get => field; set => field = value; }

Record Structs（100%）

Records 此前只支持 class，但是現在同樣支持 struct 啦，于是你可以定義值型別的 record，避免不必要的堆記憶體分配：

record struct Point(int X, int Y);

`with` on Anonymous Objects（80%）

此前 with 只能配合 records 使用，但是現在它被擴展到了匿名物件上，你可以通過 with 來創建匿名物件的副本并且修改它的值啦：

var foo = new { A = 1, B = "test", C = 4.4 };
var bar = foo with { A = 3 };
Console.WriteLine((bar.A, bar.B, bar.C)); // (3, test, 4.4)

Global Usings（80%）

此前 using 陳述句的生效范圍是單個檔案的，如果你想使用一些 namespace，或者定義一系列的型別別名在整個專案內使用，那么你就需要這樣：

using System.Linq;
using static System.Math;
using i32 = System.Int32;
using i64 = System.Int64;

然后在每個檔案中重復一遍，但是現在不需要了，你可以定義全域的 using 了：

global using System.Linq;
global using static System.Math;
global using i32 = System.Int32;
global using i64 = System.Int64;

然后在整個專案中就都可以用了，

File Scoped Namespace（90%）

C# 10 開始你將能夠在檔案頂部指定該檔案的 namespace，而不需要寫一個 namespace 然后把其他代碼都嵌套在大括號里面，畢竟絕大多數情況下，我們在寫代碼時一個檔案里確實只會寫一個 namespace，這樣可以減少一層嵌套也是很不錯的：

namespace MyProject;

class MyClass
{
    // ...
}

如果采用這樣的寫法，每一個檔案將只能宣告一個 namespace，

Constant Interpolated String（100%）

顧名思義，常量字串插值：

const string a = "foo";
const string b = $"{a}_bar"; // foo_bar

常量字串插值將在編譯時完成，

Lambda Improvements（100%）

C# 10 大幅度改進了 lambda，擴展了使用場景，并改進了一系列的推導，提出自然委托型別，還函式上升至 first-class，

支持 Attributes

f = [Foo] (x) => x; // 給 lambda 設定
f = [return: Foo] (x) => x; // 給 lambda 回傳值設定
f = ([Foo] x) => x; // 給 lambda 引數設定

支持顯示指定回傳值型別

此前 C# 的 lambda 回傳值型別靠推導，C# 10 開始允許在引數串列最前面顯示指定 lambda 型別了：

f = int () => 4;

支持 `ref` 等修飾

f = ref int (ref int x) => ref x; // 回傳一個引數的參考

First-class Functions

方法可以被隱式轉換到 Delegate，使得函式上升至 first-class，

Delegate f = 1.GetHashCode; // Func<int>
object g = 2.ToString; // object(Func<string>)
var s = (int x) => x; // Func<int, int>

將函式作為變數，然后傳給另一個函式的引數：

void Foo(Func<int> f)
{
    Console.WriteLine(f());
}

int Bar()
{
    return 5;
}

var baz = Bar;
Foo(baz);

Natural Delegate Types

lambda 現在會自動創建自然委托型別，

可以用 var 來創建委托了：

var f = () => 1; // Func<int>
var g = string (int x, string y) => $"{y}{x}"; // Func<int, string, string>
var g = "test".GetHashCode; // Func<int>

呼叫 lambdas

得益于上述改進，創建的型別明確的 lambda 可以直接呼叫了，

var zero = ((int x) => x)(0); // 0

Caller Expression Attribute（80%）

現在，CallerArgumentExpression 這個 attribute 終于有用了，借助這個 attribute，編譯器會自動填充呼叫引數的運算式字串，例如：

void Foo(int value, [CallerArgumentExpression("value")] string? expression = null)
{
    Console.WriteLine(expression + " = " + value);
}

當你這樣呼叫時：

Foo(4 + 5);

會輸出 4 + 5 = 9，這對測驗極其有用，因為你可以輸出 assert 的原運算式了：

static void Assert(bool value, [CallerArgumentExpression("value")] string? expr = null)
{
    if (!value) throw new AssertFailureException(expr);
}

default 支持解構（100%）

default 現在支持解構了，因此可以給 tuples 直接賦值，

(int a, int b, int c) = default; // (0, 0, 0)

List Patterns（100%）

Pattern Matching 的最后一塊版圖：list patterns，終于補齊了，

void Foo(List<int> list)
{
    switch (list)
    {
        case [4]:
            Console.WriteLine("長度為 4");
            break;
        case { 1, 2, 3 }:
            Console.WriteLine("元素是 1, 2, 3");
            break;
        case { 1, 2, ..var x, 5 }:
            Console.WriteLine($"前兩個元素是 1, 2，最后一個元素是 5，倒數第二個元素是 {x}");
            break;
        default:
            Console.WriteLine("其他");
    }
}

同樣的，該 pattern 也是 recursive 的，因此你可以嵌套其他 patterns，

除了上述 switch statements 的用法，在 if 以及 switch expressions 等地方也同樣可用，例如：

void Foo(List<int> list)
{
    var result = list switch
    {
        [4] => ...,
        { 1, 2, 3 } => ...,
        { 1, 2, ..var x, 5 } => ...,
        _ => ...
    };
}

Abstract Static Member in Interfaces（100%）

C# 10 中，介面可以宣告抽象靜態成員了，.NET 的型別系統正式具備 virtual static dispatch 能力，

例如，你想定義一個可加而且有零的介面 IMonoid：

interface IMonoid<T> where T : IMonoid<T>
{
    abstract static T Zero { get; }
    abstract static T operator+(T l, T r);
}

然后可以對其進行實作，例如這里的 MyInt：

public class MyInt : IMonoid<MyInt>
{
    public MyInt(int val) { Value = https://www.cnblogs.com/hez2010/archive/2021/06/06/val; }
    
    public static MyInt Zero { get; } = new MyInt(0);
    public static MyInt operator+(MyInt l, MyInt r) => new MyInt(l.Value + r.Value);
    
    public int Value { get; }
}

然后就能寫出一個方法對 IMoniod<T> 進行求和了，這里為了方便寫成擴展方法：

public static class IMonoidExtensions
{
    public static T Sum<T>(this IEnumerable<T> t) where T : IMonoid<T>
    {
        var result = T.Zero;
        foreach (var i in t) result += i;
        return result;
    }
}

最后呼叫：

List<MyInt> list = new() { new(1), new(2), new(3) };
Console.WriteLine(list.Sum().Value); // 6

這個特性同樣也會對 .NET BCL 做出改進，會新增諸如 IAddable<T>、INumeric<T> 的介面，并為適用的已有型別實作，

總結

以上就是在 C# 10 的大部分新特性介紹了，雖然不保證最終效果和本文效果一致，但是也能看到一個大概的方向，

從 interface 的改進上我們可以看到一個好的預兆：.NET 終于開始動型別系統了，2008 年至今幾乎沒有變過的 CTS 顯然逐漸不能適應語言發展的需要，而 .NET 團隊也明確給出了資訊表明要在 C# 11 前后對型別系統集中進行改進，現在只是一個開始，相信不久之后也將能看到 traits、union types、bottom types 和 HKT 等的實裝，

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標籤：.NET技术

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