提高 C# 的生产力：C# 13 更新完全指南

五年后

前言

预计在 2024 年 11 月，C# 13 将与 .NET 9 一起正式发布。今年的 C# 更新主要集中在 ref struct 上进行了许多改进，并添加了许多有助于进一步提高生产力的便利功能。
本文将介绍预计将在 C# 13 中添加的功能。
注意：目前 C# 13 还未正式发布，因此以下内容可能会发生变化。
在迭代器和异步方法中使用 ref 和 ref struct

在使用 C# 进行编程时，你是否经常使用 ref 变量和 Span 等 ref struct 类型？然而，这些不能在迭代器和异步方法中使用，于是必须使用局部函数等来避免在迭代器和异步方法中直接使用 ref 变量 ref struct 类型，这非常不方便。
这个缺点在 C# 13 中得到了改善，现在迭代器和异步方法也可以使用 ref 和 ref struct 了！
在迭代器中使用 ref 和 ref struct 的例子：

1. IEnumerable<float> GetFloatNumberFromIntArray(int[] array)
2. {
3.     for (int i = 0; i < array.Length; i++)
4.     {
5.         Span<int> span = array.AsSpan();
6.         // 进行一些处理...
7.         ref float v = ref Unsafe.As<int, float>(ref array[i]);
8.         yield return v;
9.     }
10. }

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在异步方法中使用 ref struct 的例子：

1. async Task ProcessDataAsync(int[] array)
2. {
3.     Span<int> span = array.AsSpan();
4.     // 进行一些处理...
5.     ref int element = ref span[42];
6.     element++;
7.     await Task.Yield();
8. }

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为了展示功能，我使用了不适当且含糊不清的“一些处理”，不过重要的是现在可以使用 ref 和 ref struct 了！
但是，有一点需要注意，ref 变量和 ref struct 类型的变量不能超出 yield 和 await 的边界使用。例如，以下示例将导致编译错误。

1. async Task ProcessDataAsync(int[] array)
2. {
3.     Span<int> span = array.AsSpan();
4.     // 进行一些处理...
5.     ref int element = ref span[42];
6.     element++;
7.     await Task.Yield();
8.     element++; // 错误：对 element 的访问超出了 await 的边界
9. }

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虽然我们已经说到这里，但我想可能有人会疑惑，到底 ref 和 ref struct 是什么，所以我稍微解释一下。
在 C# 中，可以使用 ref 来获取变量的引用。这样，就可以通过引用来更改原始变量。以下是一个例子：

1. void Swap(ref int a, ref int b) // ref 表示引用
2. {
3.     int temp = a;
4.     a = b;
5.     b = temp; // 到这里，a 和 b 已经交换了
6. }
8. int x = 1;
9. int y = 2;
10. Swap(ref x, ref y); // 获取 x 和 y 的引用，调用 Swap 来交换 x 和 y

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另一方面，ref struct 是用于定义只能存在于堆栈上的值类型的。这是为了避免垃圾收集的开销。然而，由于 ref struct 只能存在于堆栈上，所以在 C# 13 之前，它不能在迭代器和异步方法等地方使用。
顺便一提，ref struct 之所以带有 ref，是因为 ref struct 的实例只能存在于堆栈上，其遵循的生命周期规则与 ref 变量相同。
allows ref struct 泛型约束

在以前，ref struct 不能作为泛型类型参数使用，因此，考虑到代码的可重用性，引入了泛型，但最终 ref struct 不能使用，必须为 Span 或 ReadOnlySpan 重新编写相同的处理，于是就很麻烦。
在 C# 13 中，泛型类型也可以使用 ref struct 了：

1. using System;
2. using System.Numerics;
4. Process([1, 2, 3, 4], Sum); // 10
5. Process([1, 2, 3, 4], Multiply); // 24
7. T Process<T>(ReadOnlySpan<T> span, Func<ReadOnlySpan<T>, T> method)
8. {
9.     return method(span);
10. }
12. T Sum<T>(ReadOnlySpan<T> span) where T : INumberBase<T>
13. {
14.     T result = T.Zero;
15.     foreach (T value in span)
16.     {
17.         result += value;
18.     }
19.     return result;
20. }
22. T Multiply<T>(ReadOnlySpan<T> span) where T : INumberBase<T>
23. {
24.     T result = T.One;
25.     foreach (T value in span)
26.     {
27.         result *= value;
28.     }
29.     return result;
30. }

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为什么像 ReadOnlySpan 这样的 ref struct 类型可以作为 Func 的类型参数呢？为了调查这个问题，我查看了 .NET 的 源代码，发现 Func 类型的泛型参数是这样定义的：

1. public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg)
2.     where T : allows ref struct
3.     where TResult : allows ref struct;

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如果在泛型参数上添加 allow ref struct 约束，那么就可以将 ref struct 类型传递给该参数。
这确实是一个方便的功能。
ref struct 也可以实现接口

在 C# 13 中，ref struct 可以实现接口。
如果将此功能与 allows ref struct 结合使用，那么也可以通过泛型类型传递引用：

1. using System;
2. using System.Numerics;
4. int a = 10;
5. // 使用 Ref<int> 保存 a 的引用
6. Ref<int> aRef = new Ref<int>(ref a);
7. // 传递 Ref<int>
8. Increase<Ref<int>, int>(aRef);
9. Console.WriteLine(a); // 11
11. void Increase<T, U>(T data) where T : IRef<U>, allows ref struct where U : INumberBase<U>
12. {
13.     ref U value = ref data.GetRef();
14.     value++;
15. }
17. interface IRef<T>
18. {
19.     ref T GetRef();
20. }
22. // 为 Ref<T> 这样的 ref struct 实现接口
23. ref struct Ref<T> : IRef<T>
24. {
25.     private ref T _value;
27.     public Ref(ref T value)
28.     {
29.         _value = ref value;
30.     }
32.     public ref T GetRef()
33.     {
34.         return ref _value;
35.     }
36. }

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这样一来，编写 ref struct 相关的代码就变得更容易了。另外，也能给各种 ref struct 实现的枚举器实现 IEnumerator 之类的接口了。
集合类型和 Span 也可以使用 params

在以前，params 只能用于数组类型，但从 C# 13 开始，它也可以用于其他集合类型和 Span。
params 是一种功能，允许在调用方法时直接指定任意数量的参数。
例如，

1. Test(1, 2, 3, 4, 5, 6);
2. void Test(params int[] values) { }

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如上所示，可以直接指定任意数量的 int 参数。
从 C# 13 开始，除了数组类型外，其他集合类型、Span、ReadOnlySpan 类型以及与集合相关的接口也可以添加 params：

1. Test(1, 2, 3, 4, 5, 6);
2. void Test(params ReadOnlySpan<int> values) { }
4. // 或者
5. Test(1, 2, 3, 4, 5, 6);
6. void Test(params List<int> values) { }
8. // 接口也可以
9. Test(1, 2, 3, 4, 5, 6);
10. void Test(params IEnumerable<int> values) { }

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这也很方便！
field 关键字

在实现 C# 的属性时，经常需要定义一大堆字段，如下所示...

1. partial class ViewModel : INotifyPropertyChanged
2. {
3.     // 定义字段
4.     private int _myProperty;
6.     public int MyProperty
7.     {
8.         get => _myProperty;
9.         set
10.         {
11.             if (_myProperty != value)
12.             {
13.                 _myProperty = value;
14.                 OnPropertyChanged();
15.             }
16.         }
17.     }
18. }

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因此，从 C# 13 开始，field 关键字将派上用场！

1. partial class ViewModel : INotifyPropertyChanged
2. {
3.     public int MyProperty
4.     {
5.         // 只需使用 field
6.         get => field;
7.         set
8.         {
9.             if (field != value)
10.             {
11.                 field = value;
12.                 OnPropertyChanged();
13.             }
14.         }
15.     }
16. }

复制代码

不再需要自己定义字段，只需使用 field 关键字，字段就会自动生成。
这也非常方便！
部分属性

在编写 C# 时，常见的问题之一是：属性不能添加 partial 修饰符。
在 C# 中，可以在类或方法上添加 partial，以便分别进行声明和实现。此外，还可以分散类的各个部分。它的主要用途是在使用源代码生成器等自动生成工具时，指定要生成的内容。
例如：

1. partial class ViewModel
2. {
3.     // 这里只声明方法，实现部分由工具自动生成
4.     partial void OnPropertyChanged(string propertyName);
5. }

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然后自动生成工具会生成以下代码：

1. partial class ViewModel : INotifyPropertyChanged
2. {
3.     public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;
5.     partial void OnPropertyChanged(string propertyName)
6.     {
7.         PropertyChanged?.Invoke(this, new(propertyName));
8.     }
9. }

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开发者只需要声明 OnPropertyChanged，其实现将全部由自动生成，从而节省了开发者的时间。
从 C# 13 开始，属性也支持 partial：

1. partial class ViewModel
2. {
3.     // 声明部分属性
4.     public partial int MyProperty { get; set; }
5. }
7. partial class ViewModel
8. {
9.     // 部分属性的实现
10.     public partial int MyProperty
11.     {
12.         get
13.         {
14.             // ...
15.         }
16.         set
17.         {
18.             // ...
19.         }
20.     }
21. }

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这样，属性也可以由工具自动生成了。
锁对象

众所周知，lock 是一种功能，通过监视器用于线程同步。

1. object lockObject = new object();
2. lock (lockObject)
3. {
4.     // 关键区
5. }

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但是，这个功能的开销其实很大，会影响性能。
为了解决这个问题，C# 13 实现了锁对象。要使用此功能，只需用 System.Threading.Lock 替换被锁定的对象即可：

1. using System.Threading;
3. Lock lockObject = new Lock();
4. lock (lockObject)
5. {
6.     // 关键区
7. }

复制代码

这样就可以轻松提高性能了。
初始化器中的尾部索引

索引运算符 ^ 可用于表示集合末尾的相对位置。从 C# 13 开始，初始化器也支持此功能：

1. var x = new Numbers
2. {
3.     Values =
4.     {
5.         [1] = 111,
6.         [^1] = 999 // ^1 是从末尾开始的第一个元素
7.     }
8.     // x.Values[1] 是 111
9.     // x.Values[9] 是 999，因为 Values[9] 是最后一个元素
10. };
12. class Numbers
13. {
14.     public int[] Values { get; set; } = new int[10];
15. }

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转义字符

在 Unicode 字符串中，可以使用 \e 代替 \u001b 和 \x1b。\u001b、\x1b 和 \e 都表示转义字符。它们通常用于表示控制字符。

• \u001b 表示 Unicode 转义序列，\u 后面的 4 位十六进制数表示 Unicode 代码点
  
• \x1b 表示十六进制转义序列，\x 后面的 2 位十六进制数表示 ASCII 代码
  
• \e 表示转义字符本身
  

推荐使用 \e 的原因是，可以避免在十六进制中的混淆。
例如，如果 \x1b 后面跟着 3，则变为 \x1b3，由于 \x1b 和 3 之间没有明确的分隔，因此不清楚应该分别解释成 \x1b 和 3，还是放在一起解释。
如果使用 \e，则可以避免混淆。
其他

除了上述功能外，方法组中的自然类型和方法重载中的优先级也有一些改进，但在本文中省略。如果想了解更多信息，请参阅文档。
结语

C# 正在年复一年地进化，对我来说 C# 13 的更新中实现了许多非常实用且方便的功能，解决了不少实际的痛点。期待 .NET 9 和 C# 13 的正式发布～

来源:https://www.cnblogs.com/hez2010/p/18326521/whats-new-in-csharp-13
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