C# 介绍：核心概念与应用 – wiki词典

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C# 介绍：核心概念与应用

引言

C#（读作 “C sharp”）是由微软开发的一种现代化、通用、面向对象的编程语言。它于2000年首次发布，作为.NET平台的一部分，旨在结合C++的强大功能、Java的面向对象特性以及Visual Basic的易用性。C# 的设计目标是提供一种简洁、类型安全、面向对象的语言，用于开发运行在.NET框架或.NET Core（现在统称为.NET）上的各种应用程序。

C# 的核心概念

1. .NET 平台

C# 不可或缺地与 .NET 平台绑定。早期是 .NET Framework，现在主要是跨平台的 .NET (以前的 .NET Core)。.NET 平台提供了一个运行环境（Common Language Runtime, CLR）和一套庞大的类库（Base Class Library, BCL）。C# 代码在编译后会生成中间语言（Intermediate Language, IL），然后由 CLR 进行即时编译（Just-In-Time, JIT）为机器码并执行。这使得 C# 具有跨语言互操作性和内存管理等优势。

2. 面向对象编程 (OOP)

C# 是一种纯粹的面向对象语言，其所有代码都封装在类（Class）中。它完全支持 OOP 的四大基本原则：

  • 封装 (Encapsulation)：将数据（字段）和操作数据的方法（方法）捆绑在一起，并对外部隐藏内部实现细节。通过访问修饰符（public, private, protected, internal）控制成员的可见性。
  • 继承 (Inheritance)：允许一个类（子类/派生类）继承另一个类（父类/基类）的属性和方法，实现代码复用和扩展。
  • 多态 (Polymorphism)：允许不同对象对同一消息做出不同的响应。C# 通过方法重载（Overloading）、方法重写（Overriding）和接口（Interface）实现多态。
  • 抽象 (Abstraction)：通过抽象类（Abstract Class）和接口（Interface）隐藏复杂的实现细节，只暴露必要的功能。

3. 类型系统

C# 拥有强大的静态类型系统，这意味着变量的类型在编译时就已确定。这有助于在开发早期发现错误，提高代码的健壮性。

  • 值类型 (Value Types)：直接存储数据值，例如 int, char, bool, struct, enum。它们存储在栈上。
  • 引用类型 (Reference Types)：存储数据的内存地址，例如 class, string, array, interface, delegate。它们存储在堆上，并通过引用来访问实际数据。

4. 变量与数据类型

C# 支持多种内置数据类型，包括整型（int, long, short）、浮点型（float, double, decimal）、布尔型（bool）和字符型（char）等。变量在使用前必须声明其类型。

csharp
int age = 30;
string name = "Alice";
bool isActive = true;
double price = 19.99;

5. 控制流语句

用于控制程序执行的顺序，包括：

  • 条件语句：if-else, switch
  • 循环语句：for, while, do-while, foreach

6. 方法 (Methods)

方法是包含一系列语句的代码块，用于执行特定任务。它们可以接受参数并返回值。

csharp
public int Add(int a, int b)
{
return a + b;
}

7. 异常处理 (Exception Handling)

C# 使用 try-catch-finally 结构来处理运行时错误，提高程序的健壮性和用户体验。

csharp
try
{
// 可能会抛出异常的代码
int result = 10 / 0;
}
catch (DivideByZeroException ex)
{
Console.WriteLine("除数不能为零：" + ex.Message);
}
finally
{
Console.WriteLine("总是执行的代码块。");
}

8. 内存管理

C# 借助 .NET CLR 的垃圾回收器（Garbage Collector, GC）自动管理内存。开发者无需手动分配和释放内存，大大降低了内存泄漏的风险。

C# 的关键特性

  • 类型安全：严格的类型检查在编译时捕获错误。
  • 现代语言特性：
    • LINQ (Language Integrated Query)：允许以一致的语法查询各种数据源（如集合、数据库、XML）。
    • Async/Await：简化了异步编程，使得编写响应式和高性能的应用程序更加容易。
    • 泛型 (Generics)：允许创建可以与任何数据类型一起工作的类、方法和接口，同时保持类型安全。
  • 互操作性：C# 能够与使用其他 .NET 语言（如 F#, VB.NET）编写的代码无缝协作，并通过 P/Invoke（Platform Invoke）调用非托管代码（如 C/C++ DLL）。

C# 的应用领域

C# 及其 .NET 平台是一个多功能且强大的组合，适用于开发各种类型的应用程序：

  1. Windows 桌面应用程序：

    • Windows Forms：传统的桌面 UI 框架，适用于快速开发简单的应用。
    • WPF (Windows Presentation Foundation)：基于 XAML 的现代化 UI 框架，提供丰富的图形、媒体和动画功能。
    • UWP (Universal Windows Platform)：用于开发可在所有 Windows 10/11 设备上运行的应用，包括 PC、Xbox 和 HoloLens。
    • .NET MAUI (Multi-platform App UI)：最新推出的跨平台 UI 框架，允许使用 C# 和 XAML 构建原生桌面 (Windows, macOS) 和移动 (Android, iOS) 应用。

  2. Web 开发：

    • ASP.NET Core：一个开源、跨平台的框架，用于构建高性能的 Web 应用程序、API 和微服务。支持 MVC (Model-View-Controller) 和 Razor Pages 等模式。

  3. 游戏开发：

    • Unity：全球最流行的游戏开发引擎之一，使用 C# 作为其主要的脚本语言。从独立游戏到 AAA 大作，Unity 和 C# 共同推动了众多游戏的诞生。

  4. 移动开发：

    • Xamarin (现已整合到 .NET MAUI)：允许开发者使用 C# 编写代码，部署到 iOS、Android 和 Windows 平台，实现代码共享。

  5. 云服务：

    • Azure：微软的云计算平台，C# 是开发 Azure 云服务、无服务器函数 (Azure Functions) 和微服务应用的首选语言之一。

  6. 后端服务与 API：

    • 使用 ASP.NET Core 或其他轻量级框架，C# 被广泛用于构建 RESTful API、微服务和企业级后端系统。

  7. 数据科学与机器学习：

    • 随着 ML.NET 的推出，C# 开发者现在也可以在 .NET 平台内构建和集成机器学习模型。

结论

C# 经过二十多年的发展，已经从一个仅仅为 Windows 平台服务的语言，演变为一个功能强大、高度灵活的跨平台开发工具。凭借其完善的生态系统、强大的面向对象特性、现代化的语言功能以及微软的持续支持，C# 将继续在软件开发领域占据重要地位，为各种应用场景提供高效、可靠的解决方案。无论是初学者还是经验丰富的开发者，C# 都提供了广阔的学习和发展空间。

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