此條目介紹的是微軟開發的程式語言。關於音樂上的音名，請見「C♯ (音名)」。 | |
| 編程範型 | 結構化、物件導向、泛型 |
|---|---|
| 語言家族 | C |
| 設計者 | 微軟 |
| 實作者 | 微軟 |
| 釋出時間 | 2000年 |
| 穩定版本 | 9.0[1]
（2020年11月10日
） |
| 作業系統 | Windows、Linux、Mac OS X 、 Android |
| 許可證 |
|
| 副檔名 | .cs, .csx |
| 網站 | C# Language |
| 主要實作產品 | |
| .NET Core、.NET Framework、Mono、DotGNU | |
| 衍生副語言 | |
| Cω、Spec#、Polyphonic C# | |
| 受啟發於 | |
| C++、Java、Eiffel、Modula-3、Object Pascal | |
| 施影響於 | |
| Clojure、[4]D語言、F#、Java 5、Nemerle、Vala | |
C#是微軟推出的一種基於.NET框架的、物件導向的進階程式語言。C#是一種由C和C++衍生出來的物件導向的程式語言。它在繼承C和C++強大功能的同時去掉了一些它們的複雜特性，使其成為C語言家族中的一種高效強大的程式語言。C#以.NET框架類別館作為基礎，擁有類似Visual Basic的快速開發能力。C#由安德斯·海爾斯伯格主持開發，微軟在2000年發佈了這種語言，希望藉助這種語言來取代Java。C#已經成為Ecma國際和國際標準組織的標準規範。
命名
C#的發音為「C sharp」，「#」讀作「sharp」（/ʃɑːp/），命名啟發於音樂上的音名「C♯」，在音樂中「C♯」表示C升半音，為比C高一點的音節，且「#」形似4個加號，微軟藉助這樣的命名，以表示C#在一些語言特性方面對C++的提升的意思。
由於顯示器（標準字型、瀏覽器等）的技術限制，且大部分的鍵盤配置上不存在升記號（♯），所以井號（#）被用於此程式語言的名稱中，約定在ECMA-334 C#語言規範中[5]。
設計目標
ECMA標準列出的C#設計目標：
- C#旨在設計成為一種「簡單、現代、通用」，以及物件導向的程式語言
- 此種語言的實現，應提供對於以下軟件工程要素的支援：強型別檢查、陣列維度檢查、未初始化的變數參照檢測、自動垃圾收集（Garbage Collection，指一種記憶體自動釋放技術）。軟件必須做到強大、持久，並具有較強程式开发的生產力。
- 此種語言為在分散式環境中的開發提供適用的組件開發應用。
- 為使程式設計師容易遷移到這種語言，原始碼的可移植性十分重要，尤其是對於那些已熟悉C和C++的程式設計師而言。
- 對國際化的支援非常重要。
- C#適合為獨立和嵌入式的系統編寫程式，從使用複雜作業系統的大型系統到特定應用的小型系統均適用。
- 雖然C#程式在儲存和操作能力需求方面具備經濟性，但此種語言在某些情況下並不能在效能和程式大小方面與C語言相抗衡。[來源請求]
歷史
原Borland公司的首席研發設計師安德斯·海爾斯伯格（Anders Hejlsberg）在微軟開發了Visual J++ 1.0，很快的Visual J++由1.1版本升級到6.0版。SUN公司認為Visual J++ 違反了Java開發平台的中立性，對微軟提出了訴訟。2000年6月26日微軟在奧蘭多舉行的「職業開發人員技術大會」（PDC 2000）上，發表新的語言C#。C#語言取代了Visual J++，語言本身深受Visual Basic、Java、C和C++ 的影響。
版本
語言特性
- 指标（Pointer）只能用於不安全模式之中。大多數物件存取透過安全的參照實現，以避免無效的呼叫，並且有許多演算法用於检查溢位，指标只能用於呼叫值類型，以及受垃圾收集控制的寄存物件。
- 物件不能被顯式釋放，代替為當不存在被參照時透過垃圾回收器回收。
- 只允許單一繼承（single inheritance），但是一個類可以實現多個介面（interfaces）。
- C#比C++更加類型安全。预设的安全轉換是隱含轉換，例如由短整型轉換為長整型和從衍生類轉換為基本類。而介面布林数同整型，及列舉型同整型不允許隱含轉換，非空指标（透過參照相似物件）同用戶定義類型的隱含轉換欄位被顯式的確定，不同於C++的複製建構函式。
- 陣列宣告的語法不同（"int[] a = new int[5]"而不是"int a[5]"）。
- 列舉位於其所在的命名空間中。
- C#中沒有模版（Template），但是在C# 2.0中引入了泛型（Generic programming），並且支援一些C++模版不支援的特性。比如泛型參數中的類型約束。另一方面，表達式不能像C++模版中被用於類型參數。
- 屬性支援，使用類似存取成員的方式呼叫。
- 完整的反射支援。
C# 2.0的特性
針對於.NET SDK 2.0（相對應於ECMA-334標準第三版），C# 的新特性有：
分部類別
分部類別將類別的實現分在多個檔案中。該概念於C# 中首次出現，除了能將一個類別的成員分開存放，還使ASP.NET中的代碼後置得以實現。代碼後置實現了HTML代碼和後台互動代碼的分離。
file1.cs:
public partial class MyClass1
{
public void MyMethod1()
{
// implementation
}
}
file2.cs:
public partial class MyClass1
{
public void MyMethod2()
{
// implementation
}
}
分部類別這個特性允許將一個類別的編寫工作分配給多個人，一人寫一個檔案，便於版本控制。它又可以隔離自動生成的代碼和人工書寫的代碼，例如設計表單應用程式時。
泛型
泛型，或參數化類型，是被C#支援的.NET 2.0特性。不同於C++模版，.NET參數化類型是在執行時被實例化，而不是編譯時，因此它可以跨語言，而C++模版卻不行。它支援的一些特性並不被C++模版直接支援，比如約束泛型參數實現一個介面。另一方面，C# 不支援無類型的泛型參數。不像Java中的泛型，在CLI虛擬機器中，.NET generics使用具化生成泛型參數，它允許最佳化和儲存類型資訊。[9]
靜態類別
靜態類別它不能被實例化，並且只能有靜態成員。這同很多過程語言中的模組概念相類似。
迭代器
一種新形式的迭代器它提供了函式語言程式設計中的generator，使用yield return
類似於Python中使用的yield
// Method that takes an iterable input (possibly an array)
// and returns all even numbers.
public static IEnumerable<int> GetEven(IEnumerable<int> numbers)
{
foreach(int i in numbers)
{
if (i % 2 == 0) yield return i;
}
}
匿名方法
public void Foo(object parameter)
{
// ...
ThreadPool.QueueUserWorkItem(delegate
{
// anonymous delegates have full access to local variables of the enclosing method
if(parameter == ...)
{
// ...
}
// ...
});
}
委託的協變和逆變
屬性存取器可以被單獨設置存取級別
例子：
string status = string.Empty;
public string Status
{
get { return status; } // anyone can get value of this property,
protected set { status = value; } // but only derived classes can change it
}
可空類型
可空類型（跟個問號，如int? i = null;）允許設置null給任何類類型。
int? i = null;
object o = i;
if(o == null)
Console.WriteLine("Correct behaviour - runtime version from September 2005 or later");
else
Console.WriteLine("Incorrect behaviour - pre-release runtime (from before September 2005)");
??運算子
（??）用於如果類別不為空值時回傳它自身，如果為空值則返回之後的操作
object nullObj = null;
object obj = new Object();
return nullObj ?? obj; // returns obj
主要用作將一個可空類型賦值給不可空類型的簡便語法
int? i = null;
int j = i ?? 0; // Unless i is null, initialize j to i. Else (if i is null), initialize j to 0.
C# 3.0的特性
C# 3.0發佈於2007年10月17日，是.NET Framework 3.5的一部分，它的新特性靈感來自於函式語言程式設計語言，如：Haskell和ML，並廣泛地引入了Language Integrated Query（LINQ）模式到通用語言執行庫中e.[12]
Linq
語言整合查詢（英語：Language Integrated Query，縮寫：LINQ）：[13]上下文相關關鍵字"from, where, select"可用於查詢SQL、XML、集合等。這些識別碼在LINQ上下文中被作為關鍵字，但是它們的增加不會破壞原有的名為from、where或select的變數。
類型初始化器
Customer c = new Customer();
c.Name = "James";
可寫作：
Customer c = new Customer() { Name="James" };
集合初始化器
MyList list = new MyList();
list.Add(1);
list.Add(2);
可寫作
MyList list = new MyList { 1, 2 };
假設MyList實現了System.Collections.IEnumerable且有一個Add方法method[14]
匿名類型
var x = new { Name="James" };
局部變數類型推斷
局部變數類型推斷：
var x = new Dictionary<string, List<float>>();
等同於
Dictionary<string, List<float>> x = new Dictionary<string, List<float>>();
它只是一個語法糖，這個特性被匿名類型聲明時所需要
Lambda表達式
Lambda表達式（無函數名稱的物件方法在程式語言中的表達語法）:
listOfFoo.Where(
delegate(Foo x)
{
return x.Size > 10;
}
)
- 可寫作
listOfFoo.Where(x => x.Size > 10);
編譯器翻譯Lambda表達式為強型別委託或強型別表達式樹.
自動化屬性
編譯器將自動生成私有變數和適當的getter（get存取器）和setter（set存取器），如：
public string Name
{
get;
set;
}
擴充方法
擴充方法指，一個靜態類包含this關鍵字作為方法的第一參數時，這個方法將被添加到該this的類型中：
public static class IntExtensions
{
public static void PrintPlusOne(this int x)
{
Console.WriteLine(x + 1);
}
}
int foo = 0;
foo.PrintPlusOne();
分部方法
允許碼產生器生成方法聲明作為擴充點，如果有人在另一個部分類實現了它才會被包含於原代碼編譯。[15]
- 分部方法（Partial methods）必須定義在分部類（partial classes）中
- 定義分部方法需要用partial做修飾詞
- 分部方法不一定總是有執行內容的，也就是說定義的方法可以一句操作陳述式都沒有
- 分部方法返回值必須是void
- 分部方法可以是靜態（static）方法
- 分部方法可以包含參數，參數可以包含以下修飾詞：this,ref,params
- 分部方法必須是私有（private）方法
例子：
partial class C
{
static partial void M(int i); // defining declaration
}
partial class C
{
static partial void M(int i)
{
dosomething();
}
}
C# 4.0的特性
動態查閱
C# 4.0新增dynamic關鍵字，提供動態編程（dynamic programming），把既有的靜態物件標記為動態物件，類似javascript, Python或Ruby。
dynamic關鍵字標記的欄位被處理成一個特殊包裝的object物件，它取消了CLI的編譯時型別檢查
dynamic calc = GetCalculator();
int sum = calc.Add(10, 20);
具名參數與可選參數
public StreamReader OpenFile(
string path,
int bufferSize = 1024)
{
...
}
呼叫OpenFile時，順序可以完全顛倒：
OpenFile(bufferSize: 4096, path: "foo.txt");
與COM組件互動
在C#中打開一個Word檔案：
static void Main(string[] args) {
Word.Application wordApplication = new
Word.Application() {Visible = true};
wordApplication.Documents.Open(@"C:\plant.docx",
ReadOnly: true);
}
在C#中指定Excel的某一格文字：
excelObj.Cells[5, 5].Value = "This is sample text";
泛型的協變和逆變
C# 4.0支援協變和逆變，例如在泛型介面可以加上in、out修饰字。
public interface IComparer<in T>
{
int Compare(T left, T right);
}
public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable
{
IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
C# 5.0的特性
- C# Evolution Matrix
- Async Feature （補充： async和await是一對語法糖，允許開發人員非常輕鬆的呼叫基於TASK的非同步編程）async-await關鍵字並不會真的建立一個線程池任務，完成這個動作依賴於被呼叫方法中的函數。這一點在許多C#的中文教程中被忽略，導致許多學習的新手誤以為await關鍵字會直接建立一個新的線程池任務。
- Caller Information
C# 6.0的特性
- 唯讀 Auto 屬性
- Auto 屬性初始設定式
- 具有運算式主體的函數成員：
- 使用靜態
- Null - 條件運算子
- 字串插值
- 例外狀況篩選條件
- nameof 運算式
- Catch 和 Finally 區塊中的 Await
- 索引初始設定式
- 集合初始設定式的擴充方法
- 改進的多載解析
C# 7.0的特性
加入 out 變數；能夠直接宣告一個變數在它要傳入的地方，當成一個 out 的引數[16]
C# 7.1的特性
- async``Main方法
- default常值運算式
- 推斷的 tuple 專案名稱
C# 7.2的特性
- 具備實值型別的參考語意
- 無後置具名引數
- 數值常值中的前置底線
- private protected 存取修飾詞
C# 8.0的特性
- 可空參照類型
- await yield return可非同步返回的迭代器
- Index 索引類型和Range區間類型
- 允許在聲明介面時為介面成員提供預設實現
- 遞歸的模式匹配
- 表達式形式的Switch關鍵字
- 在編譯器可做類型推斷的情況下，允許進一步省略類型聲明
程式的執行
C#通常不被編譯成為能夠直接在電腦上執行的二進制本地代碼。與Java類似，它被編譯成為中間代碼（Microsoft Intermediate Language），然後通過.NET Framework的虛擬機器——被稱為通用语言执行層——執行。
所有的.Net程式語言都被編譯成這種被稱為通用中間語言的中間代碼。因此雖然最終的程式在表面上仍然與傳統意義上的可執行檔案都具有「.exe」的字尾名。如果電腦上沒有安裝.Net Framework，那麼這些程式會彈出對話方塊，要求用戶下載.net framework。
在程式執行時，.Net Framework將中間代碼翻譯成為二進制機械碼，從而使它得到正確的執行。最終的二進制代碼被儲存在一個緩衝區（Buffer）中。所以一旦程式使用了相同的代碼，那麼將會呼叫緩衝區中的版本。這樣如果一個.Net程式第二次被執行，那麼這種翻譯不需要進行第二次，速度明顯加快。
標準化
微軟公司已經向ECMA申請將C#作為一種標準。在2001年12月，ECMA發佈了ECMA-334 C#語言規範。C#在2003年成為一個ISO標準（ISO/IEC 23270）。現在有一些獨立的實現正在進行，包括：
- 自由軟件基金會的dotGNU Portable.NET
- Mono
- Baltie - C# IDE for children and young Baltie
C# 的Hello World程式
下面是一個在命令提示字元上輸出Hello World的小程式，這種程式通常作為開始學習程式語言的第一個步驟：
using System;
namespace ConsoleApp1
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("Hello World!");
}
}
}
實現
C# 有5個著名的編譯器（compilers）:
- 最標準的C# 的實作當屬微軟自己推出、並被包含在.NET Framework內的C# 編譯器。
- 微軟的轉轴專案（Rotor Project，目前稱為Shared Source Common Language Infrastructure），提供了通用语言执行層（Common Language Runtime）的實作與C# 編譯器。但是Shared Source Common Language Infrastructure在2006年的2.0版後就停止了。
- 由Novell贊助的Mono 专案提供了C# 編譯器，同時也接近百分之百地實作了.NET Framework类別库。而Mono後來衍伸出由微軟認可的第三方套件Xamarin。
- Dot GNU 專案也提供了另一個自由版本的C# 編譯器，也提供了.NET Framework类別库的實作。
- Borland提供了專案級的C# 整合開發環境，內部所使用的編譯器仍是微軟.NET Framework所提供的C# 編譯器（這也意味着你仍須安裝微軟的.NET Framework）。產品：C# Builder（商業版本），Turbo C# Explorer（免費版本）。
參考文獻
- ↑ What's new in C# 9. [2020-09-04].
- ↑ The Roslyn .NET compiler provides C# and Visual Basic languages with rich code analysis APIs.: dotnet/roslyn. November 13, 2019 –透過GitHub.
- ↑ CoreCLR is the runtime for .NET Core. It includes the garbage collector, JIT compiler, primitive data types and low-level classes.: dotnet/coreclr. November 13, 2019 –透過GitHub.
- ↑ Rich Hickey Q&A by Michael Fogus.
- ↑ C# Language Specification (PDF) 4th. Ecma International. June 2006 [2012-01-26].
- ↑ 6.0 6.1 Using C# 3.0 from .NET 2.0. Danielmoth.com. 2007-05-13 [2012年10月4日].
- ↑ 存档副本. [2018-09-06].
- ↑ 8.0 8.1 8.2 存档副本. [2018-09-06].
- ↑ An Introduction to C# Generics. [2020-09-25].
- ↑ Anonymous Methods (C#). [2008-10-24].
- ↑ Covariance and Contravariance in Delegates (C#). [2008-10-24].
- ↑ Tim Anderson. C# pulling ahead of Java - Lead architect paints rosy C# picture. Reg Developer. The Register. 2006-11-14 [2007-01-20].
- ↑ LINQ. Microsoft MSDN. 2007 [2007-08-13] （英語）.
- ↑ The Mellow Musings of Dr. T : What is a collection?. [2008-10-24].
- ↑ Partial Methods. [2007-10-06].
- ↑ 一览 C# 7.0 中的新功能. [2016-09-14].
外部連結
- （英文）C# Language Specification (MSDN)
- （英文）ECMA-334 C# Language Specification (.pdf)
- （英文）ISO/IEC 23270:2003 C# Language Specification
- （英文）Visual Studio Code
- （英文）Download .NET
- Visual C# .NET入門 (MSDN)
- MCS: Mono C# 編譯器
- Visual Studio Community
- Visual C# Logo
- C#教學
- C# 教材目錄
