解锁 C# 11：您必须了解的 15 个新功能（带有真实示例）

引言

C# 11带来了一系列新特性，旨在使开发流程更加顺畅、高效。从改进的字符串处理到更灵活的泛型，该版本所引入的增强功能既能满足日常编码需求，也能适配高级编程需求。在本文中，我们将深入探究这些新特性，为每个特性探讨示例，并了解它们的使用场景。

1. 原始字符串字面量

原始字符串字面量使得处理多行字符串更为简便，无需对特殊字符进行转义，也不用担心缩进问题。

示例1：SQL查询

string sqlQuery = """
    SELECT * FROM Users
    WHERE Age > 
    ORDER BY LastName;
    """;

在之前的版本中，你必须为引号使用转义字符，并确保换行符符合你的意图。

示例2：JSON数据

string jsonData = """
    {
        "name": "John Doe",
        "age": ,
        "city": "New York"
    }
    """;

与使用常规字符串相比，这简化了JSON数据的表示形式。

优缺点：

• 优点：更易于维护格式化的字符串，例如JSON、XML和SQL查询。
• 缺点：对于非常大的文本块，管理起来可能会变得困难。
• 实际应用场景：存储HTML电子邮件的模板或配置数据，在这些场景中，保持精确的格式至关重要。

2. 泛型数学支持

泛型数学支持使泛型类型能够进行算术运算。这对于需要对不同数值类型进行操作的数学库或算法特别有用。

示例1：计算平均值

public static T Average<T>(T x, T y) where T : INumber<T>
{
    return (x + y) / T.Create();
}

此方法可以计算任何数值类型（如int、double、decimal等）的平均值。

示例2：泛型二维向量类

public classVector2D<T>whereT:INumber<T>
{
    publicT X {get;}
    publicT Y {get;}
    publicVector2D(T x,T y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
    publicTMagnitude()=> T.Sqrt(X * X + Y * Y);
}

这使得Vector2D能够与任何数值类型一起工作。

优缺点：

• 优点：减少代码重复并提高性能。
• 缺点：如果你不熟悉泛型约束，实现起来可能会有挑战性。
• 实际应用场景：构建一个财务计算库，其中的方法需要针对不同用例支持decimal和double类型。

3. 泛型特性

C# 11允许使用泛型参数定义特性，这使得特性更具可复用性且类型安全。

示例1：验证特性

public classValidateTypeAttribute<T>:Attribute
{
    publicstring ErrorMessage {get;}
    publicValidateTypeAttribute(string errorMessage)
    {
        ErrorMessage = errorMessage;
    }
}

示例2：自定义序列化特性

[CustomSerializer<MyType>()]
public class MyClass { /*...*/ }

优缺点：

• 优点：减少了为不同类型创建多个特性的需求。
• 缺点：增加了设计特性逻辑的复杂性。
• 实际应用场景：一个日志记录特性，它根据方法的返回类型以不同方式记录方法。

4. UTF-8字符串字面量

UTF-8字符串字面量有助于在处理UTF-8编码文本时优化内存使用。

示例1：定义UTF-8字符串

ReadOnlySpan<byte> utf8Message = "Hello, world!"u8;

这使你能够直接处理UTF-8编码的字符串。

示例2：提升Web应用程序性能

var utf8Data = Encoding.UTF8.GetBytes("Some text data");

将文本数据直接以UTF-8格式存储可以减少网络通信中的内存开销。

优缺点：

• 优点：减少内存消耗，特别是对于处理大量文本数据的应用程序而言。
• 缺点：除非专门处理UTF-8编码的数据，否则受益有限。
• 实际应用场景：处理JSON有效载荷且需要UTF-8编码的Web API。

5. 字符串插值表达式中的换行

此功能允许你在字符串插值块中使用换行符，使复杂的插值更具可读性。

示例1：使用多个变量记录日志

Console.WriteLine($"""
    The user {user.Name} has logged in.
    Role: {user.Role}
    Last login: {user.LastLogin}
    """);

示例2：电子邮件模板

string emailContent = $"""
    Hi {user.FirstName},

    Welcome to our service. Your account is now active.

    Regards,
    Team
    """;

优缺点：

• 优点：提高复杂字符串插值的可读性。
• 缺点：可能会被过度使用，导致代码杂乱。
• 实际应用场景：创建动态电子邮件模板或详细的日志消息。

6. 列表模式

列表模式允许对列表或数组进行模式匹配，从而更易于检查集合中的特定结构。

示例1：匹配特定模式

int[] numbers = { , ,  };
if (numbers is [, , ])
{
    Console.WriteLine("The array contains 1, 2, and 3.");
}

示例2：检测前缀

if (numbers is [,..])
{
    Console.WriteLine("The array starts with 1.");
}

优缺点：

• 优点：简化了列表结构检查。
• 缺点：对于刚接触模式匹配的开发人员来说，可能不太直观。
• 实际应用场景：在配置验证工具中检查列表是否以某些元素开头或结尾。

7. 文件局部类型

文件局部类型允许你将类型的作用域限制在其定义所在的文件内。

示例1：辅助类

file class LoggerHelper
{
    public static void Log(string message) => Console.WriteLine(message);
}

示例2：内部结构体

file struct Vector3D { /*...*/ }

优缺点：

• 优点：改进了封装性，防止意外访问。
• 缺点：可能会使在大型代码库中导航变得更加困难。
• 实际应用场景：库中不应暴露给其他文件的内部辅助类。

8. 必需成员

C# 11引入了必需成员的概念，允许你指定在创建对象时某些属性或字段必须进行初始化。这对于不可变对象（其中某些属性必须在初始化期间设置）特别有用。

示例1：数据传输对象（DTO）

public classUser
{
    public required string Name {get;init;}
    public required int Age {get;init;}
}

// 使用方式：
var user =newUser{ Name ="John Doe", Age =};// 有效
var user2 =newUser{ Name ="John Doe"};// 错误：'Age'是必需的

示例2：不可变设置对象

public class AppSettings
{
    public required string DatabaseConnection { get; init; }
    public required string ApiKey { get; init; }
}

这有助于确保始终提供必要的设置，防止运行时出现问题。

优缺点：

• 优点：增强了数据完整性，防止关键字段缺失。
• 缺点：为对象初始化增加了更多的样板代码。
• 实际应用场景：确保在创建配置对象时，始终具有诸如连接字符串、API密钥或用户数据等必需参数。

9. 自动默认结构体

借助自动默认结构体特性，C# 11会自动将结构体初始化为其默认值，在处理不需要特定初始化的结构体时，可使代码更简洁。

示例1：点结构体初始化

public structPoint
{
    publicint X {get;set;}
    publicint Y {get;set;}
}

// 在C# 11中，无需手动设置默认值：
Point p =new();// X和Y被初始化为0。

在之前的版本中，你必须确保手动初始化结构体，以避免出现未初始化状态的错误。

示例2：默认构造函数行为

public struct Circle
{
    public double Radius { get; set; }
}

Circle circle = new(); // 半径自动设置为0。

优缺点：

• 优点：减少与未初始化字段相关的错误，减少样板代码。
• 缺点：如果不希望自动设置默认值，可能会引入意外行为。
• 实际应用场景：在图形应用程序中，将结构体用于像点、颜色或尺寸这样的简单数据结构。

10. 对常量字符串进行Span模式匹配

此功能允许将Span<char>直接与常量字符串进行模式匹配，这可以显著提高字符串处理和解析性能，特别是在处理高性能应用程序（如解析器或编译器）时。

示例1：解析命令

ReadOnlySpan<char> command ="START_PROCESS";

if(command is"START_PROCESS")
{
    Console.WriteLine("Process started.");
}
elseif(command is"STOP_PROCESS")
{
    Console.WriteLine("Process stopped.");
}

在之前的版本中，你需要进行字符串比较，或者将Span<char>转换回字符串。

示例2：处理文本协议

ReadOnlySpan<char> protocol ="HTTP/1.1";

if(protocol is"HTTP/1.1")
{
    Console.WriteLine("Handling HTTP/1.1 request");
}
elseif(protocol is"HTTP/2")
{
    Console.WriteLine("Handling HTTP/2 request");
}

优缺点：

• 优点：减少内存分配，加快字符串比较速度。
• 缺点：需要熟悉Span<char>以及注重性能的编程方式。
• 实际应用场景：在实现解析器或命令行界面时，性能至关重要，且需要在不进行内存分配的情况下解析字符串。

11. 扩展的nameof作用域

在C# 11中，nameof运算符的作用域得到了扩展，允许它在更多场景中使用，例如在特性或lambda表达式中。此功能通过改进重构能力，使代码更易于维护。

示例1：在特性中使用nameof

[DisplayName(nameof(User.FirstName))]
public string FirstName { get; set; }

在之前的版本中，nameof的使用更为受限，常常需要采取变通方法。

示例2：在lambda表达式中使用nameof

Func<int, string> getName = (id) => $"{nameof(id)}: {id}";

优缺点：

• 优点：提供更好的重构支持，提高代码可读性。
• 缺点：在不增加显著价值的上下文中可能会被误用。
• 实际应用场景：使用nameof来确保验证逻辑中的属性名称与实际属性名称保持同步，以降低重构期间出现错误的风险。

12. 数值型IntPtr

C# 11中的数值型IntPtr允许更好地处理整数指针操作，特别是在涉及低级编程或与非托管代码进行互操作的场景中。

示例1：指针算术运算

IntPtr pointer = new IntPtr();
IntPtr result = pointer + ; // 现在可以直接进行算术运算。

在之前的版本中，IntPtr在进行算术运算时需要在int类型之间进行转换。

示例2：内存管理

IntPtr baseAddress =...;
IntPtr offsetAddress = baseAddress + ;

这在访问内存映射文件或进行本机互操作等场景中很有用。

优缺点：

• 优点：对于低级操作，代码更简洁，减少了类型转换。
• 缺点：使用场景局限于涉及指针的情况。
• 实际应用场景：游戏开发或与硬件交互的应用程序，在这些场景中，高效的内存操作至关重要。

13. ref字段和作用域ref

C# 11引入了在结构体中声明ref字段的能力，通过引用现有数据而不复制数据，实现更高效的内存管理。

示例1：结构体中的ref字段

public structBufferWrapper
{
    privaterefint _value;

    publicBufferWrapper(refintvalue)
    {
        _value =refvalue;
    }
}

在之前的版本中，这需要诸如使用指针或不安全代码之类的变通方法。

示例2：作用域ref参数

public void ModifyValue(scoped ref int value)
{
    value *= ;
}

优缺点：

• 优点：通过避免不必要的复制来提高性能。
• 缺点：增加了复杂性，特别是在理解ref语义方面。
• 实际应用场景：高性能数据处理，例如在内存中操作大型数据集且无需复制的自定义数据结构。

14. 改进的方法组到委托的转换

C# 11允许更顺畅地将方法组转换为委托，减少了显式转换或使用中间变量的需求。

示例1：事件处理程序

public classEventHandlerExample
{
    publiceventAction OnEvent;

    publicvoidInitialize()
    {
        OnEvent += HandleEvent;
    }

    privatevoidHandleEvent(){/*... */}
}

在之前的版本中，你可能需要手动将HandleEvent转换为Action。

示例2：简化LINQ查询

var numbers = new[] { , , , ,  };
var squares = numbers.Select(Math.Pow);

优缺点：

• 优点：代码更简洁、更具可读性。
• 缺点：如果过度使用，可能会掩盖方法细节。
• 实际应用场景：注册事件处理程序或在LINQ操作中直接使用现有方法。

15. 警告波7

警告波7引入了一组新的编译器警告，旨在提高代码质量，并在开发周期的早期捕获潜在问题。

示例1：抑制警告

#pragma warning disable CS9001 // 示例警告代码
// 存在潜在问题的代码...
#pragma warning restore CS9001

示例2：迁移旧代码 警告可以帮助识别旧代码中的过时模式，并建议现代的替代方案。

优缺点：

• 优点：有助于维持高质量的代码，减少错误。
• 缺点：可能需要对现有代码进行调整以解决新的警告。
• 实际应用场景：更新大型代码库以确保与最新的C#特性兼容，同时处理新警告所标识的潜在问题。

C# 11中的新增特性为开发人员提供了强大的工具，无论是在高级还是低级编程中，都能使代码更简洁、性能更优、灵活性更强。无论你是在处理内存管理、设计现代API，还是仅仅希望编写更简洁、更易于维护的代码，C# 11都有所助益。通过这些示例和场景，你可以利用该语言的最新功能来构建更高效、更健壮的应用程序。