高级特性概览

Q: 反射有性能开销吗？

有，反射比直接调用慢数十倍，频繁使用应缓存 MethodInfo 或改用表达式树。 Q：Span&lt;T> 和 Memory&lt;T> 有何区别？ A：Span 只能存于栈，不可跨 async/存储；Memory 可存于堆，可跨异步边界，通过 .Span 访问。 Q：yield return 是多线程的吗？ A：不是，yield 是单线程的惰性枚举机制，元素在 MoveNext() 调用时才计算。 Q：什么时候需要 unsafe 代码？ A：需要与 C/C++ 互操作、操作非托管内存或追求极致性能时使用，日常开发应避免。

反射（Reflection）

反射允许程序在运行时检查和操作自身的类型信息。Type 类是反射的核心，通过它可以获取字段、属性、方法等元数据。

获取类型信息

CSHARP

using System;
using System.Reflection;

class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public void SayHello() => Console.WriteLine("Hello!");
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type1 = typeof(Person);
        Type type2 = new Person().GetType();

        Console.WriteLine($"类型名: {type1.Name}");

        Console.WriteLine("属性:");
        foreach (PropertyInfo p in type1.GetProperties())
            Console.WriteLine($"  {p.Name} ({p.PropertyType.Name})");

        Console.WriteLine("方法:");
        foreach (MethodInfo m in type1.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly))
            Console.WriteLine($"  {m.Name}");
    }
}

TEXT

类型名: Person
属性:
  Name (String)
  Age (Int32)
方法:
  get_Name
  set_Name
  get_Age
  set_Age
  SayHello

动态创建实例

CSHARP

using System;
using System.Reflection;

class Dog
{
    public string Breed { get; set; } = "Unknown";
    public override string ToString() => $"Dog: {Breed}";
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Type type = typeof(Dog);
        object obj = Activator.CreateInstance(type)!;

        PropertyInfo prop = type.GetProperty("Breed")!;
        prop.SetValue(obj, "Husky");

        Console.WriteLine(obj);
    }
}

TEXT

Dog: Husky

示例

CSHARP

using System;
using System.Linq;
using System.Reflection;

class Calculator
{
    public int Add(int a, int b) => a + b;
    public double Multiply(double x, double y) => x * y;
    public void Reset() { }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Calculator calc = new Calculator();
        Type type = calc.GetType();

        Console.WriteLine($"类型: {type.Name}");
        Console.WriteLine($"命名空间: {type.Namespace}");
        Console.WriteLine($"是否为类: {type.IsClass}");

        Console.WriteLine("公共方法:");
        MethodInfo[] methods = type.GetMethods(BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly);
        foreach (MethodInfo m in methods)
        {
            string parameters = string.Join(", ", m.GetParameters().Select(p => $"{p.ParameterType.Name} {p.Name}"));
            Console.WriteLine($"  {m.ReturnType.Name} {m.Name}({parameters})");
        }
    }
}

▶ 试一试

TEXT

类型: Calculator
命名空间: 
是否为类: True
公共方法:
  Int32 Add(Int32 a, Int32 b)
  Double Multiply(Double x, Double y)
  Void Reset()

Attribute 特性

特性是用于为代码元素添加元数据的声明性标签。可使用内置特性或自定义特性。

内置特性

CSHARP

using System;

class LegacyService
{
    [Obsolete("请使用 NewService 代替", error: false)]
    public void OldMethod() => Console.WriteLine("旧方法");

    public void NewMethod() => Console.WriteLine("新方法");
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var service = new LegacyService();
        service.OldMethod();
        service.NewMethod();
    }
}

TEXT

旧方法
新方法

💡 Obsolete 的 error 参数设为 true 时，调用旧方法将产生编译错误而非警告。

自定义特性

CSHARP

using System;

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class | AttributeTargets.Method, AllowMultiple = false)]
class DescriptionAttribute : Attribute
{
    public string Text { get; }
    public DescriptionAttribute(string text) => Text = text;
}

[Description("用户管理服务")]
class UserService
{
    [Description("获取所有用户")]
    public void GetAll() { }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var attr = Attribute.GetCustomAttribute(typeof(UserService), typeof(DescriptionAttribute)) as DescriptionAttribute;
        Console.WriteLine(attr?.Text ?? "无描述");
    }
}

TEXT

用户管理服务

泛型约束深入

泛型约束通过 where 关键字限制类型参数的范围，确保类型参数满足特定条件。

约束类型一览

约束	说明
`where T : class`	T 必须是引用类型
`where T : struct`	T 必须是值类型（不可为 null）
`where T : new()`	T 必须有无参公共构造函数
`where T : ISpecific`	T 必须实现指定接口
`where T : BaseClass`	T 必须继承指定基类
`where T : unmanaged`	T 必须是非托管类型
`where T : notnull`	T 必须是不可为 null 的类型

示例

CSHARP

using System;

interface IRepository
{
    string GetName();
}

class SqlRepository : IRepository
{
    public string GetName() => "SQL Repository";
}

class Service<T> where T : class, IRepository, new()
{
    private T _repo = new T();
    public void Print() => Console.WriteLine(_repo.GetName());
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var service = new Service<SqlRepository>();
        service.Print();
    }
}

▶ 试一试

TEXT

SQL Repository

⚠️ new() 约束必须放在约束列表的最后，class 或 struct 应放在最前。

迭代器（yield）

迭代器使用 yield return 逐个生成序列元素，实现惰性求值——元素仅在迭代时才计算。

yield return 与 yield break

CSHARP

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static IEnumerable<int> GetNumbers()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            if (i == 3) yield break;
            yield return i;
        }
    }

    static void Main()
    {
        foreach (int n in GetNumbers())
            Console.WriteLine(n);
    }
}

TEXT

0
1
2

💡 yield break 立即终止迭代。迭代器方法返回 IEnumerable<T> 或 IEnumerator<T>。

示例

CSHARP

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static IEnumerable<int> Fibonacci(int count)
    {
        int a = 0;
        int b = 1;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            yield return a;
            int temp = a + b;
            a = b;
            b = temp;
        }
    }

    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("斐波那契数列前10项:");
        foreach (int n in Fibonacci(10))
        {
            Console.Write(n + " ");
        }
        Console.WriteLine();
    }
}

▶ 试一试

TEXT

斐波那契数列前10项:
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

Span<T> 与 Memory<T>

Span<T> 和 Memory<T> 提供对连续内存区域的无拷贝切片访问，是高性能场景的关键类型。

Span<T> 基本用法

CSHARP

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50 };
        Span<int> span = array.AsSpan();
        Span<int> slice = span.Slice(1, 3);

        slice[0] = 99;

        Console.WriteLine(string.Join(", ", array));

        Span<int> stackSpan = stackalloc int[3];
        stackSpan[0] = 1;
        stackSpan[1] = 2;
        stackSpan[2] = 3;
        Console.WriteLine(string.Join(", ", stackSpan.ToArray()));
    }
}

TEXT

10, 99, 30, 40, 50
1, 2, 3

⚠️ Span<T> 只能存储在栈上，不能作为类字段或跨 await 使用。需要跨栈帧时使用 Memory<T>。

正则表达式（Regex）

System.Text.RegularExpressions.Regex 类用于模式匹配、搜索和替换文本。

常用操作

CSHARP

using System;
using System.Text.RegularExpressions;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string input = "联系电话: 138-1234-5678, 邮箱: test@example.com";

        bool hasPhone = Regex.IsMatch(input, @"\d{3}-\d{4}-\d{4}");
        Console.WriteLine($"包含电话: {hasPhone}");

        Match phoneMatch = Regex.Match(input, @"\d{3}-\d{4}-\d{4}");
        Console.WriteLine($"电话: {phoneMatch.Value}");

        MatchCollection emails = Regex.Matches(input, @"[\w.]+@[\w.]+");
        foreach (Match m in emails)
            Console.WriteLine($"邮箱: {m.Value}");

        string replaced = Regex.Replace(input, @"\d{4}", "****");
        Console.WriteLine($"替换: {replaced}");
    }
}

TEXT

包含电话: True
电话: 138-1234-5678
邮箱: test@example.com
替换: 联系电话: 138-**-**, 邮箱: test@example.com

常用模式速查

模式	说明
`\d`	数字
`\w`	字母/数字/下划线
`\s`	空白字符
`.`	任意字符（除换行）
`^` / `$`	行首 / 行尾
`{n,m}`	重复 n 到 m 次
`[abc]`	字符集

不安全代码（unsafe）

unsafe 上下文允许使用指针和手动内存操作，适用于互操作或极致性能场景。

指针与 fixed

CSHARP

using System;

class Program
{
    static unsafe void Main()
    {
        int value = 42;
        int* ptr = &value;

        Console.WriteLine($"值: {*ptr}");
        Console.WriteLine($"地址: {(long)ptr}");

        int[] arr = { 1, 2, 3 };
        fixed (int* p = arr)
        {
            Console.WriteLine($"首元素: {*p}");
            Console.WriteLine($"第二元素: {*(p + 1)}");
        }
    }
}

TEXT

值: 42
地址: 12345678
首元素: 1
第二元素: 2

⚠️ 使用 unsafe 需要在项目文件中启用 <AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>。fixed 语句固定对象防止 GC 移动内存。

C# 版本特性一览（7~12）

版本	关键特性	简要说明
C# 7	out 变量、元组、模式匹配	`out int x` 内联声明，`(int, string)` 元组，`is Type` 模式
C# 7	本地函数、ref 返回	方法内嵌套函数，引用返回值
C# 8	可空引用类型、异步流	`string?` 可空标注，`IAsyncEnumerable<T>`
C# 8	默认接口方法、索引与范围	接口默认实现，`[^1]`、`[1..3]`
C# 9	记录类型、init 设置器	`record` 不可变类型，`init` 只初始化属性
C# 9	顶级语句、目标类型 new	无需 Main 模板，`new()` 省略类型
C# 10	global using、文件范围命名空间	`global using X;`，`namespace Ns;` 单行
C# 10	记录结构体、const 插值字符串	`record struct`，常量内插字符串
C# 11	原始字符串字面量、required	`"""..."""` 多行原始串，`required` 强制初始化
C# 11	列表模式、UTF8 字面量	`[1, 2, ..]` 匹配，`"hello"u8`
C# 12	主构造函数	`class C(int x)` 类声明即构造
C# 12	集合表达式、别名任意类型	`[1, 2, 3]` 统一初始化，`using P = int*`

💡 本课为高级特性概览，每个主题后续均有独立课程深入讲解。

❓ 常见问题

Q 反射有性能开销吗？

A 有，反射比直接调用慢数十倍，频繁使用应缓存 MethodInfo 或改用表达式树。 Q：Span<T> 和 Memory<T> 有何区别？ A：Span 只能存于栈，不可跨 async/存储；Memory 可存于堆，可跨异步边界，通过 .Span 访问。 Q：yield return 是多线程的吗？ A：不是，yield 是单线程的惰性枚举机制，元素在 MoveNext() 调用时才计算。 Q：什么时候需要 unsafe 代码？ A：需要与 C/C++ 互操作、操作非托管内存或追求极致性能时使用，日常开发应避免。

📖 小节

反射通过 Type 类在运行时获取类型元数据并动态创建实例

Attribute 为代码添加声明性元数据，支持自定义与运行时读取

泛型约束（where）限制类型参数为引用类型、值类型、有构造函数等

yield return 实现惰性迭代，yield break 终止枚举

Span<T> 提供栈上零拷贝切片，Memory<T> 可跨异步边界

Regex 类支持模式匹配、搜索、替换等文本操作

unsafe 上下文允许指针操作，需 fixed 固定内存

C# 7~12 持续引入元组、可空引用、记录类型、主构造函数等特性

📝 作业

使用反射获取 string 类的所有公共方法名称并输出

创建一个自定义 [Author] 特性，标注在类上并通过反射读取

编写一个泛型方法 T Create<T>() where T : new()，创建并返回实例

用 yield return 实现一个生成斐波那契数列前 20 项的迭代器

使用 Regex 验证一个字符串是否为合法的 IPv4 地址格式

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反射（Reflection）

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示例

Attribute 特性

内置特性

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约束类型一览

示例

迭代器（yield）

yield return 与 yield break

示例

Span<T> 与 Memory<T>

Span<T> 基本用法

正则表达式（Regex）

常用操作

常用模式速查

不安全代码（unsafe）

指针与 fixed

C# 版本特性一览（7~12）

❓ 常见问题

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