C#基础简述

C#基础详解

一、C#语言概述

C#（读作"C Sharp"）是微软开发的面向对象的编程语言，运行在.NET平台上。它结合了C++的强大功能和Visual Basic的简单性，具有以下特点：

• ​​面向对象​​：支持封装、继承和多态
• ​​类型安全​​：编译时类型检查
• ​​自动内存管理​​：通过垃圾回收器(GC)管理内存
• ​​跨平台​​：通过.NET Core/.NET 5+支持多平台
• ​​丰富的标准库​​：提供大量内置类和功能

二、基本语法

1. 变量与数据类型

// 声明变量
int age = 25;
double price = 19.99;
char grade = 'A';
bool isActive = true;
string name = "张三";// 变量类型
byte b = 255;          // 0-255
sbyte sb = -128;       // -128到127
short s = 32767;       // -32,768到32,767
ushort us = 65535;     // 0到65,535
int i = 2147483647;    // -2^31到2^31-1
uint ui = 4294967295;  // 0到2^32-1
long l = 9223372036854775807; // -2^63到2^63-1
ulong ul = 18446744073709551615; // 0到2^64-1
float f = 3.14f;       // 单精度浮点数
decimal d = 123.45m;   // 高精度十进制数

2. 运算符

// 算术运算符
int sum = 5 + 3;       // 8
int diff = 5 - 3;      // 2
int prod = 5 * 3;      // 15
int quot = 5 / 2;      // 2 (整数除法)
int rem = 5 % 2;       // 1 (余数)// 关系运算符
bool isEqual = 5 == 5; // true
bool isNotEqual = 5 != 3; // true
bool isGreater = 5 > 3; // true// 逻辑运算符
bool result = (5 > 3) && (2 < 4); // true
bool result2 = (5 > 3) || (2 > 4); // true
bool notResult = !(5 > 3); // false

3. 控制结构

// 条件语句
if (age >= 18)
{Console.WriteLine("成年人");
}
else if (age >= 13)
{Console.WriteLine("青少年");
}
else
{Console.WriteLine("儿童");
}// switch语句
switch (grade)
{case 'A':Console.WriteLine("优秀");break;case 'B':Console.WriteLine("良好");break;default:Console.WriteLine("其他");break;
}// 循环
for (int i = 0; i < 5; i++)
{Console.WriteLine(i);
}int j = 0;
while (j < 5)
{Console.WriteLine(j);j++;
}int k = 0;
do
{Console.WriteLine(k);k++;
} while (k < 5);// foreach循环
string[] fruits = { "苹果", "香蕉", "橙子" };
foreach (string fruit in fruits)
{Console.WriteLine(fruit);
}

三、面向对象编程

1. 类与对象

// 定义类
public class Person
{// 字段private string name;private int age;// 属性public string Name{get { return name; }set { name = value; }}public int Age{get { return age; }set {if (value >= 0)age = value;}}// 构造函数public Person(string name, int age){this.name = name;this.age = age;}// 方法public void Introduce(){Console.WriteLine($"我叫{this.name}，今年{this.age}岁。");}
}// 使用类
Person person = new Person("张三", 25);
person.Introduce();

2. 继承与多态

// 基类
public class Animal
{public virtual void MakeSound(){Console.WriteLine("动物发出声音");}
}// 派生类
public class Dog : Animal
{public override void MakeSound(){Console.WriteLine("汪汪叫");}// 新增方法public void Fetch(){Console.WriteLine("接球");}
}// 使用继承
Animal myAnimal = new Dog();
myAnimal.MakeSound(); // 输出"汪汪叫" (多态)// 类型检查与转换
if (myAnimal is Dog)
{Dog myDog = (Dog)myAnimal;myDog.Fetch();
}

3. 接口

// 定义接口
public interface IShape
{double GetArea();double GetPerimeter();
}// 实现接口
public class Circle : IShape
{public double Radius { get; set; }public Circle(double radius){Radius = radius;}public double GetArea(){return Math.PI * Radius * Radius;}public double GetPerimeter(){return 2 * Math.PI * Radius;}
}// 使用接口
IShape shape = new Circle(5);
Console.WriteLine($"面积: {shape.GetArea()}");

四、集合与泛型

1. 内置集合

// 数组
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Console.WriteLine(numbers[0]); // 输出1// List
List<string> fruits = new List<string>();
fruits.Add("苹果");
fruits.Add("香蕉");
Console.WriteLine(fruits.Count); // 输出2// Dictionary
Dictionary<string, int> ageDict = new Dictionary<string, int>();
ageDict.Add("张三", 25);
ageDict["李四"] = 30;
Console.WriteLine(ageDict["张三"]); // 输出25// Queue
Queue<int> queue = new Queue<int>();
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(2);
Console.WriteLine(queue.Dequeue()); // 输出1// Stack
Stack<int> stack = new Stack<int>();
stack.Push(1);
stack.Push(2);
Console.WriteLine(stack.Pop()); // 输出2

2. 泛型集合

// 泛型List
List<int> intList = new List<int> { 1, 2, 3 };
intList.Add(4);
foreach (int num in intList)
{Console.WriteLine(num);
}// 泛型Dictionary
Dictionary<string, Person> people = new Dictionary<string, Person>();
people.Add("P1", new Person("张三", 25));
Person p = people["P1"];
Console.WriteLine(p.Name);// 泛型约束
public class Box<T> where T : IComparable
{public T Value { get; set; }public bool IsGreaterThan(Box<T> other){return Value.CompareTo(other.Value) > 0;}
}

五、委托与事件

1. 委托

// 定义委托
public delegate void PrintDelegate(string message);// 使用委托
public class Printer
{public static void PrintToConsole(string message){Console.WriteLine(message);}
}PrintDelegate print = new PrintDelegate(Printer.PrintToConsole);
print("Hello, World!");// 多播委托
PrintDelegate multiPrint = print;
multiPrint += (msg) => Console.WriteLine($"日志: {msg}");
multiPrint("测试多播");

2. 事件

// 定义事件参数
public class TemperatureChangedEventArgs : EventArgs
{public double OldTemperature { get; }public double NewTemperature { get; }public TemperatureChangedEventArgs(double oldTemp, double newTemp){OldTemperature = oldTemp;NewTemperature = newTemp;}
}// 定义事件发布者
public class TemperatureSensor
{// 定义事件public event EventHandler<TemperatureChangedEventArgs> TemperatureChanged;private double currentTemperature;public double CurrentTemperature{get => currentTemperature;set{if (currentTemperature != value){double oldTemp = currentTemperature;currentTemperature = value;// 触发事件TemperatureChanged?.Invoke(this, new TemperatureChangedEventArgs(oldTemp, currentTemperature));}}}
}// 使用事件
public class TemperatureMonitor
{public TemperatureMonitor(TemperatureSensor sensor){sensor.TemperatureChanged += OnTemperatureChanged;}private void OnTemperatureChanged(object sender, TemperatureChangedEventArgs e){Console.WriteLine($"温度从 {e.OldTemperature}°C 变为 {e.NewTemperature}°C");}
}

六、异常处理

try
{// 可能抛出异常的代码int result = 10 / int.Parse("0");
}
catch (DivideByZeroException ex)
{// 处理特定异常Console.WriteLine($"除零错误: {ex.Message}");
}
catch (FormatException ex)
{// 处理格式错误Console.WriteLine($"格式错误: {ex.Message}");
}
catch (Exception ex) // 基类异常
{// 处理其他所有异常Console.WriteLine($"发生错误: {ex.Message}");
}
finally
{// 无论是否发生异常都会执行的代码Console.WriteLine("执行完毕");
}// 抛出异常
throw new InvalidOperationException("无效操作");

七、LINQ查询

// 数据源
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };// 查询表达式
var evenNumbers = from num in numberswhere num % 2 == 0select num;// 方法语法
var oddNumbers = numbers.Where(n => n % 2 != 0).OrderByDescending(n => n).Take(3);// 查询结果
foreach (int num in evenNumbers)
{Console.WriteLine(num);
}// 延迟执行示例
var query = numbers.Where(n => n > 5); // 不立即执行
numbers.Add(11); // 修改数据源
foreach (int num in query) // 此时才执行查询
{Console.WriteLine(num); // 会包含11
}

八、异步编程

// 异步方法
public async Task<string> DownloadDataAsync(string url)
{using (HttpClient client = new HttpClient()){// 异步等待string data = await client.GetStringAsync(url);return data;}
}// 使用异步方法
public async Task ProcessDataAsync()
{try{Console.WriteLine("开始下载...");string result = await DownloadDataAsync("https://example.com");Console.WriteLine($"下载完成: {result.Length} 字符");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"发生错误: {ex.Message}");}
}// 并行处理
public void ProcessInParallel()
{List<int> numbers = Enumerable.Range(1, 1000).ToList();// 并行处理Parallel.ForEach(numbers, num =>{// 处理每个数字int square = num * num;Console.WriteLine($"计算 {num} 的平方: {square}");});
}

九、文件与流操作

// 写入文件
string filePath = "test.txt";
File.WriteAllText(filePath, "Hello, World!");// 读取文件
string content = File.ReadAllText(filePath);
Console.WriteLine(content);// 逐行读取
foreach (string line in File.ReadLines(filePath))
{Console.WriteLine(line);
}// 使用流
using (FileStream fs = new FileStream(filePath, FileMode.Create))
{byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("二进制数据");fs.Write(data, 0, data.Length);
}// 读写JSON
var person = new { Name = "张三", Age = 25 };
string json = JsonConvert.SerializeObject(person);
File.WriteAllText("person.json", json);string jsonContent = File.ReadAllText("person.json");
var deserializedPerson = JsonConvert.DeserializeObject(jsonContent);

十、常用设计模式

1. 单例模式

public sealed class Singleton
{private static Singleton instance = null;private static readonly object padlock = new object();Singleton() { }public static Singleton Instance{get{if (instance == null){lock (padlock){if (instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;}}
}

2. 工厂模式

// 产品接口
public interface IProduct
{void Operation();
}// 具体产品
public class ConcreteProductA : IProduct
{public void Operation() => Console.WriteLine("产品A操作");
}public class ConcreteProductB : IProduct
{public void Operation() => Console.WriteLine("产品B操作");
}// 工厂接口
public interface IFactory
{IProduct CreateProduct();
}// 具体工厂
public class ConcreteFactoryA : IFactory
{public IProduct CreateProduct() => new ConcreteProductA();
}public class ConcreteFactoryB : IFactory
{public IProduct CreateProduct() => new ConcreteProductB();
}

3. 观察者模式

// 主题接口
public interface ISubject
{void RegisterObserver(IObserver o);void RemoveObserver(IObserver o);void NotifyObservers();
}// 观察者接口
public interface IObserver
{void Update(string message);
}// 具体主题
public class ConcreteSubject : ISubject
{private List<IObserver> observers = new List<IObserver>();private string message;public void RegisterObserver(IObserver o) => observers.Add(o);public void RemoveObserver(IObserver o) => observers.Remove(o);public void NotifyObservers(){foreach (var observer in observers){observer.Update(message);}}public void SetMessage(string msg){message = msg;NotifyObservers();}
}// 具体观察者
public class ConcreteObserver : IObserver
{private string name;public ConcreteObserver(string name) => this.name = name;public void Update(string message){Console.WriteLine($"{name} 收到消息: {message}");}
}

十一、性能优化技巧

1. ​​字符串处理​​：

   // 避免频繁创建字符串
   StringBuilder sb = new StringBuilder();
   for (int i = 0; i < 1000; i++)
   {sb.Append(i);
   }
   string result = sb.ToString();// 字符串比较
   string a = "hello";
   string b = "HELLO";
   bool equal = string.Equals(a, b, StringComparison.OrdinalIgnoreCase);

2. ​​集合操作​​：

   // 使用泛型集合
   List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };// 避免装箱/拆箱
   HashSet<int> intSet = new HashSet<int>();// 使用LINQ时考虑性能
   var query = numbers.Where(n => n > 2).ToList(); // 立即执行

3. ​​内存管理​​：

   // 及时释放资源
   using (var stream = new FileStream("file.txt", FileMode.Open))
   {// 使用stream
   } // 自动调用Dispose()// 对于实现了IDisposable的对象
   var disposableObj = new SomeDisposableObject();
   try
   {// 使用对象
   }
   finally
   {disposableObj.Dispose();
   }

4. ​​异步编程​​：

   // 避免async void方法(除了事件处理)
   public async Task ProcessAsync()
   {await Task.Delay(1000);
   }// 并行处理大数据集
   Parallel.For(0, 1000, i => 
   {// 处理每个元素
   });

十二、调试与诊断

1. ​​断点调试​​：

   • 在代码行号左侧点击设置断点
   • 使用F5启动调试
   • 使用F10单步执行，F11进入方法

2. ​​监视窗口​​：

   • 添加变量到监视窗口
   • 查看表达式值
   • 条件断点设置

3. ​​性能分析​​：

   // 使用Stopwatch测量代码执行时间
   var stopwatch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
   // 要测量的代码
   stopwatch.Stop();
   Console.WriteLine($"耗时: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} 毫秒");// 内存分析
   long memoryBefore = GC.GetTotalMemory(false);
   // 分配内存的代码
   long memoryAfter = GC.GetTotalMemory(false);
   Console.WriteLine($"内存使用: {(memoryAfter - memoryBefore)/1024} KB");

4. ​​日志记录​​：

   // 使用内置日志记录
   System.Diagnostics.Trace.WriteLine("调试信息");
   System.Diagnostics.Debug.WriteLine("调试信息(仅在Debug模式下)");// 使用NLog或Serilog等日志框架
   // 需要先安装NuGet包
   // logger.Info("应用程序启动");

十三、进阶主题

1. ​​反射​​：

   // 获取类型信息
   Type type = typeof(string);
   Console.WriteLine($"类型名: {type.Name}");// 创建实例
   object instance = Activator.CreateInstance(type);// 调用方法
   MethodInfo method = type.GetMethod("Substring", new[] { typeof(int), typeof(int) });
   string result = (string)method.Invoke("Hello, World!", new object[] { 0, 5 });
   Console.WriteLine(result); // 输出"Hello"

2. ​​动态编程​​：

   // 使用dynamic
   dynamic obj = new ExpandoObject();
   obj.Name = "张三";
   obj.Age = 25;
   Console.WriteLine($"{obj.Name}今年{obj.Age}岁");// 动态方法调用
   var calculator = new ExpandoObject() as IDictionary<string, object>;
   calculator["Add"] = new Func<int, int, int>((a, b) => a + b);
   int sum = (int)calculator["Add"](3, 5);
   Console.WriteLine(sum); // 输出8

3. ​​并行编程​​：

   // 使用Parallel类
   Parallel.For(0, 100, i => 
   {// 并行处理每个i
   });// 使用Task并行
   Task t1 = Task.Run(() => ProcessData1());
   Task t2 = Task.Run(() => ProcessData2());
   await Task.WhenAll(t1, t2);// 数据并行
   var numbers = Enumerable.Range(1, 1000).ToList();
   var parallelResult = numbers.AsParallel().Where(n => n % 2 == 0).OrderBy(n => n).Take(10).ToList();

4. ​​异步流​​(.NET Core 3.0+)：

   // 异步生成器
   public async IAsyncEnumerable<int> GenerateNumbersAsync()
   {for (int i = 0; i < 10; i++){await Task.Delay(100);yield return i;}
   }// 使用异步流
   await foreach (var number in GenerateNumbersAsync())
   {Console.WriteLine(number);
   }

十四、最佳实践

1. ​​命名规范​​：

   • 类名使用PascalCase(如CustomerService)
   • 方法名使用PascalCase(如GetCustomerData)
   • 变量名使用camelCase(如customerName)
   • 常量使用PASCAL_CASE(如MAX_RETRIES)

2. ​​代码组织​​：

   • 按功能而非类型组织代码文件
   • 使用区域(Regions)组织大型类
   • 保持方法简短(建议不超过20行)

3. ​​异常处理​​：

   • 捕获特定异常而非通用Exception
   • 不要捕获不处理的异常
   • 在适当位置记录异常

4. ​​性能考虑​​：

   • 避免在循环中分配内存
   • 使用StringBuilder处理大量字符串操作
   • 考虑对象池重用对象

5. ​​安全性​​：

   • 验证所有输入数据
   • 使用参数化查询防止SQL注入
   • 对敏感数据进行加密

6. ​​测试​​：

   • 编写单元测试覆盖核心逻辑
   • 使用Mock对象隔离依赖
   • 定期进行代码审查

通过掌握这些C#基础知识和进阶技术，您可以构建高效、可维护的.NET应用程序。记住，良好的编码习惯和持续学习是成为优秀开发者的关键。