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C#范围表达式,模式匹配,逆变和协变--11

news 来源：原创 2025/6/19 4:19:26

一.范围表达式

1.概述

2.语法

3.代码示例

4.实现原理

5.应用场景

二.模式匹配

1.概述

2.核心概念

3.常用模式类型

4.Switch表达式

5.使用示例

6.优势

三.逆变和协变

1.概述

2.泛型类型参数的变性

3.协变示例

4.逆变示例

5.注意事项

6.应用场景

总结

一.范围表达式

1.概述

范围表达式是C# 8.0引入的新特性,它提供了一种简洁的语法来表示数组,字符串或任何实现了索引器的集合类型的子范围（slice）.通过范围表达式,可以更方便地从集合中提取出特定范围的元素

2.语法

startIndex..endIndex:表示从startIndex开始（包含）,到endIndex结束（不包含）的元素
..endIndex:表示从集合的起始位置到endIndex（不包含）的元素
startIndex..:表示从startIndex开始（包含）到集合的末尾的所有元素
..:表示集合中的所有元素

注意:索引可以是正数,也可以是使用^符号表示的从末尾开始的索引,其中^1表示最后一个元素

3.代码示例

int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };// 从索引2（值为2）到索引5（值为5），不包含索引5   
int[] slice1 = numbers[2..5]; // {2, 3, 4}// 从开始到索引3（不包含索引3）   
int[] slice2 = numbers[..3]; // {0, 1, 2}// 从索引5到结尾   
int[] slice3 = numbers[5..]; // {5, 6, 7, 8, 9}// 获取最后两个元素   
int[] slice4 = numbers[^2..]; // {8, 9}// 获取从索引1到倒数第二个元素   
int[] slice5 = numbers[1..^1]; // {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}

4.实现原理

范围表达式使用了System.Index和System.Range结构：

Index:表示一个索引位置,可以从开头（从0开始）或从结尾（使用^符号）计数
Range:由Index的起始和结束位置组成,表示一个范围

编译器会将范围表达式转换为调用Slice方法或其他适当的方法.例如numbers[2..5]会转换为numbers.Slice(2, 3)

在C#中,Slice方法是与Span<T>和ReadonlySpan<T>类型相关的功能,用于在不复制数据的情况下生成一个子序列.这种方法在处理大型数据集或需要高性能操作时特别有用,因为它避免了不必要的数据复制

基本用法:
using System;class Program   
{static void Main(){int[] array = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };Span<int> span = array; // 创建一个 Span<int> 包含整个数组// 从索引2开始，取3个元素Span<int> slice = span.Slice(2, 3);foreach (var item in slice){Console.WriteLine(item); // 输出: 3 4 5}}   
}

5.应用场景

字符串处理:

string text = "Hello, World!";   
string subText = text[7..^1]; // "World"

列表和视图:

如果列表实现了Slice方法或索引器支持Range则也可以使用范围表达式

二.模式匹配

1.概述

模式匹配是C#从7.0版本开始引入的特性,用于更简洁地表达类型检查,解构和条件判断.在C# 8.0及后续版本中,模式匹配得到了进一步增强,使代码更加清晰和易读

2.核心概念

模式（Pattern）:描述需要匹配的特定形状或条件,例如类型,值,属性等
表达式（Expression）:应用模式匹配的对象或值\

3.常用模式类型

恒值模式:匹配特定的常量值

if (obj is null)
{// obj为null
}

类型模式:检查对象是否为特定类型,并进行类型转换

if (obj is string s)
{// obj是string类型，且已转换为s
}

属性模式:检查对象的属性是否满足特定条件

if (person is { Age: >= 18 })
{// person的Age属性大于等于18
}

位置模式:对对象进行解构，并匹配解构后的值

if (point is (0, 0))
{// point在原点
}

递归模式:在模式中嵌套使用其他模式

if (tree is Node(var left, var right))
{// 对左子树和右子树进行处理
}

4.Switch表达式

C# 8.0引入了新的Switch表达式,更加简洁:

代码示例:

string GetShapeDescription(Shape shape) => shape switch   
{Circle { Radius: var r } => $"这是一个半径为{r}的圆形",Rectangle { Width: var w, Height: var h } => $"这是一个宽{w}高{h}的矩形",_ => "未知形状"    
};

5.使用示例

类型检查和转换:

 if (obj is int number){Console.WriteLine($"整数：{number}");}

属性匹配:

if (employee is { Position: "Manager", Salary: > 5000 })
{// 匹配职位为Manager且薪水大于5000的员工
}

6.优势

增强可读性:使条件判断更加直观
减少类型转换代码:自动进行类型转换,减少冗余代码
支持复杂条件:可以嵌套和组合多种模式,表达复杂的匹配逻辑

三.逆变和协变

1.概述

协变和逆变用于解决泛型类型在继承关系中的转换问题,主要应用于泛型接口和泛型委托.它们允许你在泛型类型之间进行类型转换,而不需要创建新的类型或进行显式转换

协变（Covariance）:允许从派生类型转换为基类型（输出位置）
逆变（Contravariance）:允许从基类型转换为派生类型（输入位置）

2.泛型类型参数的变性

在泛型接口或委托中,可以使用out和in关键字来声明类型参数的变性：

out:协变类型参数,只能用于返回值（输出）
in:逆变类型参数,只能用于参数（输入）

3.协变示例

协变接口:

public interface IEnumerable<out T>{IEnumerator<T> GetEnumerator();}

由于T被声明为out,因此IEnumerable<string>可以赋值给IEnumerable<object>:

IEnumerable<string> strings = new List<string>();
IEnumerable<object> objects = strings; // 合法，协变

协变委托:

public delegate T Factory<out T>();

使用示例:

Factory<string> stringFactory = () => "Hello";
Factory<object> objectFactory = stringFactory; // 合法，协变

4.逆变示例

逆变接口:

public interface IComparer<in T>{int Compare(T x, T y);}

由于T被声明为in,因此IComparer<object>可以赋值给IComparer<string>:

IComparer<object> objectComparer = new MyObjectComparer();
IComparer<string> stringComparer = objectComparer; // 合法，逆变

逆变委托:

public delegate void Action<in T>(T item);

使用示例:

Action<object> objectAction = obj => Console.WriteLine(obj);
Action<string> stringAction = objectAction; // 合法，逆变

5.注意事项

限制:变性只能用于接口和委托的类型参数,且类型参数只能用于输入位置（逆变）或输出位置（协变）,不能同时用于输入和输出
类和结构体:泛型类和结构体的类型参数不支持变性
方法类型参数:泛型方法的类型参数也不支持变性

6.应用场景

接口的扩展:通过协变和逆变,可以设计更灵活的接口,使之更通用
事件处理程序:在委托中使用变性,可以赋值兼容的委托实例
泛型集合:在处理泛型集合时,可以更方便地进行类型转换

总结

协变适用于从派生类型转换为基类型（类型参数用于输出）
逆变适用于从基类型转换为派生类型（类型参数用于输入）

C#范围表达式,模式匹配,逆变和协变--11

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