前言

翻譯自 Mads Torgersen 2020年5月20日的博文《Welcome to C# 9.0》，Mads Torgersen 是微軟 C# 語(yǔ)言的首席設(shè)計(jì)師，也是微軟 .NET 團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目群經(jīng)理。

C# 9.0 正在成形，我想和大家分享一下我們對(duì)下一版本語(yǔ)言中添加的一些主要特性的想法。

對(duì)于 C# 的每一個(gè)新版本，我們都在努力讓常見(jiàn)編碼場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)變得更加清晰和簡(jiǎn)單，C# 9.0 也不例外。這次特別關(guān)注的是支持?jǐn)?shù)據(jù)模型的簡(jiǎn)潔和不可變表示。

就讓我們一探究竟吧!

一、僅初始化(init-only)屬性

對(duì)象初始化器非常棒。它們?yōu)轭愋偷目蛻舳颂峁┝艘环N非常靈活和可讀的格式來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，并且特別適合于嵌套對(duì)象的創(chuàng)建，讓你可以一次性創(chuàng)建整個(gè)對(duì)象樹(shù)。這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

new Person
{
 FirstName = "Scott",
 LastName = "Hunter"
}

對(duì)象初始化器還使類型作者不必編寫大量的構(gòu)造函數(shù)——他們所要做的就是編寫一些屬性！

public class Person
{
 public string FirstName { get; set; }
 public string LastName { get; set; }
}

目前最大的限制是屬性必須是可變的（即可寫的），對(duì)象初始化器才能工作：它們首先調(diào)用對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)(本例中是默認(rèn)的無(wú)參數(shù)構(gòu)造函數(shù))，然后賦值給屬性 setter。

僅初始化(init-only)屬性解決了這個(gè)問(wèn)題！它引入了一個(gè) init 訪問(wèn)器，它是 set 訪問(wèn)器的變體，只能在對(duì)象初始化時(shí)調(diào)用：

public class Person
{
 public string FirstName { get; init; }
 public string LastName { get; init; }
}

有了這個(gè)聲明，上面的客戶端代碼仍然是合法的，但是隨后對(duì) FirstName 和 LastName 屬性的任何賦值都是錯(cuò)誤的。

初始化(init) 訪問(wèn)器和只讀(readonly)字段

因?yàn)?init 訪問(wèn)器只能在初始化期間調(diào)用，所以允許它們更改封閉類的只讀(readonly)字段，就像在構(gòu)造函數(shù)中一樣。

public class Person
{
 private readonly string firstName;
 private readonly string lastName;

 public string FirstName
 {
  get => firstName;
  init => firstName = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(FirstName)));
 }
 public string LastName
 {
  get => lastName;
  init => lastName = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(LastName)));
 }
}

二、記錄（record）

譯者注：

原文中聲明一個(gè)記錄的 data class ** 聯(lián)合關(guān)鍵字現(xiàn)在已經(jīng)變成 record 關(guān)鍵字了，所以翻譯過(guò)程中做了修正。

如果您想使單個(gè)屬性不可變，那么僅初始化(init-only)屬性是極好的。如果您想要整個(gè)對(duì)象是不可變的，行為像一個(gè)值，那么你應(yīng)該考慮聲明它為一個(gè)記錄(record)：

public record Person
{
 public string FirstName { get; init; }
 public string LastName { get; init; }
}

對(duì)于記錄(record)，賦予了它一些類似值的行為，我們將在下面深入探討。一般來(lái)說(shuō)，記錄更應(yīng)該被看作是“值”——數(shù)據(jù)(data)，而不是對(duì)象！它們并不具有可變的封裝狀態(tài)，相反，您需要通過(guò)創(chuàng)建表示新?tīng)顟B(tài)的新記錄來(lái)表示其隨時(shí)間的變化。它們不是由它們的身份(identity)確定的，而是由它們的內(nèi)容確定的。

with 表達(dá)式

當(dāng)使用不可變數(shù)據(jù)(data)時(shí)，一種常見(jiàn)的模式是從現(xiàn)有的值中創(chuàng)建新值來(lái)表示新?tīng)顟B(tài)。例如，如果我們的 person 要更改他們的 LastName，我們會(huì)將其表示為一個(gè)新對(duì)象，該對(duì)象是舊對(duì)象的副本，只是有不同的 LastName。這種技巧通常被稱之為非破壞性突變(non-destructive mutation)。記錄(record)不是代表 person 在一段時(shí)間內(nèi)的 狀態(tài)，而是代表 person 在給定時(shí)間點(diǎn)的 狀態(tài)。

為了幫助實(shí)現(xiàn)這種編程風(fēng)格，記錄(record)允許使用一種新的表達(dá)式 —— with 表達(dá)式：

var otherPerson = person with { LastName = "Hanselman" };

with 表達(dá)式使用對(duì)象初始化器語(yǔ)法來(lái)聲明新對(duì)象與舊對(duì)象的不同之處。您可以指定多個(gè)屬性。

記錄(record)隱式定義了一個(gè)受保護(hù)的(protected)“復(fù)制構(gòu)造函數(shù)”——一個(gè)接受現(xiàn)有記錄對(duì)象并逐字段將其復(fù)制到新記錄對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)：

protected Person(Person original) { /* copy all the fields */ } // generated

with 表達(dá)式會(huì)調(diào)用“復(fù)制構(gòu)造函數(shù)”，然后在上面應(yīng)用對(duì)象初始化器來(lái)相應(yīng)地變更屬性。

如果您不喜歡生成的“復(fù)制構(gòu)造函數(shù)”的默認(rèn)行為，您可以定義自己的“復(fù)制構(gòu)造函數(shù)”，它將被 with 表達(dá)式捕獲。

基于值的相等（value-based equality）

所有對(duì)象都從對(duì)象類(object)繼承一個(gè)虛的 Equals(object) 方法。這被用作是當(dāng)兩個(gè)參數(shù)都是非空(non-null)時(shí)，靜態(tài)方法 Object.Equals(object, object) 的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)體重寫了 Equals(object) 方法，通過(guò)遞歸地在結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)字段上調(diào)用 Equals 來(lái)比較結(jié)構(gòu)體的每一個(gè)字段，從而實(shí)現(xiàn)了“基于值的相等”。記錄(record)是一樣的。

這意味著，根據(jù)它們的“值性(value-ness)”，兩個(gè)記錄(record)對(duì)象可以彼此相等，而不是同一個(gè)對(duì)象。例如，如果我們將被修改 person 的 LastName 改回去：

var originalPerson = otherPerson with { LastName = "Hunter" };

現(xiàn)在我們將得到 ReferenceEquals(person, originalPerson) = false(它們不是同一個(gè)對(duì)象)，但是 Equals(person, originalPerson) = true(它們有相同的值)。

如果您不喜歡生成的 Equals 重寫的默認(rèn)逐個(gè)字段比較的行為，您可以自己編寫。您只需要注意理解“基于值的相等”是如何在記錄(record)中工作的，特別是在涉及繼承時(shí)，我們后面會(huì)講到。

除了基于值的 Equals 之外，還有一個(gè)基于值 GetHashCode() 的重寫。

數(shù)據(jù)成員（Data members）

絕大多數(shù)情況下，記錄(record)都是不可變的，僅初始化(init-only)公共屬性可以通過(guò) with 表達(dá)式進(jìn)行非破壞性修改。為了對(duì)這種常見(jiàn)情況進(jìn)行優(yōu)化，記錄(record)更改了 string FirstName 這種形式的簡(jiǎn)單成員聲明的默認(rèn)含義，與其他類和結(jié)構(gòu)體聲明中的隱式私有字段不同，它被當(dāng)作是一個(gè)公共的、僅初始化(init-only) 自動(dòng)屬性的簡(jiǎn)寫！因此，聲明：

public record Person { string FirstName; string LastName; }

與我們之前的聲明意思完全一樣，即等同于聲明：

public record Person
{
 public string FirstName { get; init; }
 public string LastName { get; init; }
}

我們認(rèn)為這有助于形成漂亮而清晰的記錄(record)聲明。如果您確實(shí)需要私有字段，只需顯式添加 private 修飾符：

private string firstName;

位置記錄（Positional records）

有時(shí)，對(duì)記錄(record)采用位置更明確的方法是有用的，其中它的內(nèi)容是通過(guò)構(gòu)造函數(shù)參數(shù)提供的，并且可以通過(guò)位置解構(gòu)來(lái)提取。

完全可以在記錄(record)中指定自己的構(gòu)造函數(shù)和解構(gòu)函數(shù)：

public record Person
{
 string FirstName;
 string LastName;
 public Person(string firstName, string lastName) 
  => (FirstName, LastName) = (firstName, lastName);
 public void Deconstruct(out string firstName, out string lastName) 
  => (firstName, lastName) = (FirstName, LastName);
}

但是有一種更簡(jiǎn)短的語(yǔ)法來(lái)表達(dá)完全相同的意思（參數(shù)名稱包裝模式modulo casing of parameter names）：

public record Person(string FirstName, string LastName);

它聲明了公共的僅初始化(init-only)自動(dòng)屬性以及構(gòu)造函數(shù)和解構(gòu)函數(shù)，因此您就可以編寫：

var person = new Person("Scott", "Hunter"); // 用位置參數(shù)構(gòu)造（positional construction）
var (f, l) = person;      // 用位置參數(shù)解構(gòu)（positional deconstruction）

如果不喜歡生成的自動(dòng)屬性，您可以定義自己的同名屬性，生成的構(gòu)造函數(shù)和解構(gòu)函數(shù)將只使用您自定義的屬性。

記錄與可變性（Records and mutation）

記錄(record)的基于值的語(yǔ)義不能很好地適應(yīng)可變狀態(tài)。想象一下，將一個(gè)記錄(record)對(duì)象放入字典中。再次查找它依賴于 Equals 和 GetHashCode(有時(shí))。但是如果記錄改變了狀態(tài)，它的 Equals 值也會(huì)隨之改變，我們可能再也找不到它了！在哈希表實(shí)現(xiàn)中，它甚至可能破壞數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)槲恢檬腔谒墓４a得到的。

記錄(record)內(nèi)部的可變狀態(tài)或許有一些有效的高級(jí)用法，特別是對(duì)于緩存。但是重寫默認(rèn)行為以忽略這種狀態(tài)所涉及的手工工作很可能是相當(dāng)大的。

with 表達(dá)式和繼承（With-expressions and inheritance）

眾所周知，基于值的相等和非破壞性突變與繼承結(jié)合在一起時(shí)是極具挑戰(zhàn)性的。讓我們?cè)谶\(yùn)行示例中添加一個(gè)派生的記錄(record)類 Student：

public record Person { string FirstName; string LastName; }
public record Student : Person { int ID; }

然后，讓我們從 with 表達(dá)式示例開(kāi)始，實(shí)際地創(chuàng)建一個(gè) Student，但將它存儲(chǔ)在 Person 變量中：

int newId = 1;
Func<int> GetNewId = () => ++newId;
//上面兩上是譯者在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)需要添加的代碼。

Person person = new Student { FirstName = "Scott", LastName = "Hunter", ID = GetNewId() };
otherPerson = person with { LastName = "Hanselman" };

在最后一行帶 with 表達(dá)式的地方，編譯器不知道 person 實(shí)際上包含 Student。然而，如果新的 person(即 otherPerson) 不是一個(gè)真正的 Student 對(duì)象，并且具有從第一個(gè) person 復(fù)制過(guò)去的相同的 ID，那么它就不是一個(gè)恰當(dāng)?shù)目截悺?/p>

C# 實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。記錄(record)有一個(gè)隱藏的虛方法（virtual method），它被委托“克隆”整個(gè)對(duì)象。每個(gè)派生記錄類型都重寫此方法以調(diào)用該類型的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)，并且派生記錄的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)將鏈接到基記錄的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)。with 表達(dá)式只需調(diào)用隱藏的“克隆”方法并將對(duì)象初始化器應(yīng)用于其返回結(jié)果。

基于值的相等和繼承（Value-based equality and inheritance）

與 with 表達(dá)式支持類似，基于值的相等也必須是“虛的(virtual)”，即 Student 需要比較 Student 的所有字段，即使比較時(shí)靜態(tài)已知的類型是 Person 之類的基類型。這很容易通過(guò)重寫虛的(virtual) Equals 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

然而，關(guān)于相等還有一個(gè)額外的挑戰(zhàn)：如果你比較兩種不同的 Person 會(huì)怎樣?我們不能僅僅讓其中一個(gè)來(lái)決定實(shí)施哪個(gè)相等：相等應(yīng)該是對(duì)稱的，所以不管兩個(gè)對(duì)象哪個(gè)在前面，結(jié)果應(yīng)該是相同的。換句話說(shuō)，它們必須在相等的實(shí)施上達(dá)成一致！

舉例說(shuō)明一下這個(gè)問(wèn)題：

Person person1 = new Person { FirstName = "Scott", LastName = "Hunter" };
Person person2 = new Student { FirstName = "Scott", LastName = "Hunter", ID = GetNewId() };

這兩個(gè)對(duì)象相等嗎？ person1 可能會(huì)認(rèn)為相等，因?yàn)?person2 對(duì)于 Person 的所有屬性都是正確的，但是 person2 不敢茍同！我們需要確保它們都同意它們是不同的對(duì)象。

同樣，C# 會(huì)自動(dòng)為您處理這個(gè)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)的方式是，記錄有一個(gè)名為 EqualityContract 的“虛的(virtual)”受保護(hù)的屬性。每個(gè)派生記錄(record)都會(huì)重寫它，為了比較相等，這兩個(gè)對(duì)象必須具有相同的 EqualityContract。

三、頂級(jí)程序（Top-level programs）

譯者注：
什么是 Top-level program ? 這是在頂級(jí)編寫程序的一種更簡(jiǎn)單的方式：一個(gè)更簡(jiǎn)單的 Program.cs 文件。

用 C# 編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序需要大量的樣板代碼：

using System;
class Program
{
 static void Main()
 {
  Console.WriteLine("Hello World!");
 }
}

這不僅對(duì)語(yǔ)言初學(xué)者來(lái)說(shuō)是難以承受的，而且還會(huì)使代碼混亂，增加縮進(jìn)級(jí)別。

在 C# 9.0 中，您可以選擇在頂級(jí)編寫你的主程序(main program)：

using System;

Console.WriteLine("Hello World!");

允許任何語(yǔ)句。此程序必須在文件中的 using 語(yǔ)句之后，任何類型或命名空間聲明之前執(zhí)行，并且只能在一個(gè)文件中執(zhí)行。就像目前只能有一個(gè) Main 方法一樣。

如果您想返回一個(gè)狀態(tài)碼，您可以做。如果您想等待(await)，您可以做。如果您想訪問(wèn)命令行參數(shù)，args 可以作為一個(gè)“魔法”參數(shù)使用。

局部函數(shù)是語(yǔ)句的一種形式，也允許在頂級(jí)程序中使用。從頂級(jí)語(yǔ)句部分之外的任何地方調(diào)用它們都是錯(cuò)誤的。

四、改進(jìn)的模式匹配（Improved pattern matching）

C# 9.0 中添加了幾種新的模式。讓我們從模式匹配教程(https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/tutorials/pattern-matching)的代碼片段的上下文中來(lái)看看它們:

public static decimal CalculateToll(object vehicle) =>
  vehicle switch
  {
    ...

    DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass > 5000 => 10.00m + 5.00m,
    DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass < 3000 => 10.00m - 2.00m,
    DeliveryTruck _ => 10.00m,

    _ => throw new ArgumentException("Not a known vehicle type", nameof(vehicle))
  };

簡(jiǎn)單類型模式（Simple type patterns）

目前，類型模式需要在類型匹配時(shí)聲明一個(gè)標(biāo)識(shí)符——即使該標(biāo)識(shí)符是一個(gè)丟棄的 _，如上面的 DeliveryTruck _ 所示。但現(xiàn)在你只需寫下類型就可以了：

DeliveryTruck => 10.00m,

關(guān)系模式（Relational patterns）

C# 9.0 引入了與關(guān)系運(yùn)算符 <、<= 等相對(duì)應(yīng)的模式。因此，現(xiàn)在可以將上述模式的 DeliveryTruck 部分編寫為嵌套的 switch 表達(dá)式：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
  > 5000 => 10.00m + 5.00m,
  < 3000 => 10.00m - 2.00m,
  _ => 10.00m,
},

這里的 > 5000 和 < 3000 是關(guān)系模式。

邏輯模式（Logical patterns）

最后，您可以將模式與邏輯運(yùn)算符 and、or 和 not 組合起來(lái)，這些運(yùn)算符用單詞拼寫，以避免與表達(dá)式中使用的運(yùn)算符混淆。例如，上面嵌套的switch的示例可以按如下升序排列：

DeliveryTruck t when t.GrossWeightClass switch
{
  < 3000 => 10.00m - 2.00m,
  >= 3000 and <= 5000 => 10.00m,
  > 5000 => 10.00m + 5.00m,
},

此例中間的案例使用 and 合并了兩個(gè)關(guān)系模式，形成一個(gè)表示區(qū)間的模式。

not 模式的一個(gè)常見(jiàn)用法是將其應(yīng)用于 null 常量模式，如 not null。例如，我們可以根據(jù)未知實(shí)例是否為空來(lái)拆分它們的處理：

not null => throw new ArgumentException($"Not a known vehicle type: {vehicle}", nameof(vehicle)),
null => throw new ArgumentNullException(nameof(vehicle))

此外，not 在 if 條件中包含 is 表達(dá)式時(shí)將會(huì)很方便，可以取代笨拙的雙括號(hào)，例如：

if (!(e is Customer)) { ... }

您可以寫成：

if (e is not Customer) { ... }

五、改進(jìn)的目標(biāo)類型（Improved target typing）

“目標(biāo)類型(Target typing)”是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，當(dāng)一個(gè)表達(dá)式從使用它的地方的上下文中獲得其類型時(shí)，我們使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)。例如，null 和 lambda表達(dá)式始終是目標(biāo)類型的。

在 C# 9.0 中，一些以前不是目標(biāo)類型的表達(dá)式變得可以由其上下文推導(dǎo)。

目標(biāo)類型的 new 表達(dá)式（Target-typed new expressions）

C# 中的 new 表達(dá)式總是要求指定類型（隱式類型的數(shù)組表達(dá)式除外）?，F(xiàn)在，如果表達(dá)式被賦值為一個(gè)明確的類型，則可以省略該類型。

Point p = new (3, 5);

目標(biāo)類型的 ?? 和 ?:（Target typed ?? and ?:）

有時(shí)有條件的 ?? 和 ?: 表達(dá)式在分支之間沒(méi)有明顯的共享類型，這種情況目前是失敗的。但是如果有一個(gè)兩個(gè)分支都可以轉(zhuǎn)換成的目標(biāo)類型，在 C# 9.0 中將是允許的。

Person person = student ?? customer; // Shared base type
int? result = b ? 0 : null; // nullable value type

六、協(xié)變式返回值（Covariant returns）

派生類中的方法重寫具有一個(gè)比基類型中的聲明更具體（更明確）的返回類型——有時(shí)這樣的表達(dá)是有用的。C# 9.0 允許：

abstract class Animal
{
  public abstract Food GetFood();
  ...
}
class Tiger : Animal
{
  public override Meat GetFood() => ...;
}

更多內(nèi)容……

要查看 C# 9.0 即將發(fā)布的全部特性并追隨它們的完成，最好的地方是 Roslyn(C#/VB 編譯器) GitHub 倉(cāng)庫(kù)上的 Language Feature Status(https://github.com/dotnet/roslyn/blob/master/docs/Language%20Feature%20Status.md)。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C＃9.0主要特性的一些想法的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C＃9.0主要特性內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！