.NET Framework - C# 7.0 中的新增功能

2018-01-11 12:47:51来源:http://blog.csdn.net/RD_DOS2015/article/details/54807949作者:RD_DOS2015人点击

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解构函数


从 C# 1.0 开始,就能调用函数,就是将参数组合起来并封装到一个类中的构造函数。但是,从来没有一种简便的方式可将对象解构回其各个组成部分。例如,假设有一个 PathInfo 类,它采用文件名的每个元素(目录名、文件名、扩展名),并将它们组合成一个对象,然后支持操作对象的不同元素。现在,假设你需要将该对象提取(解构)回其各个组成部分。


在 C# 7.0 中,通过解构函数完成这项任务将变得轻而易举,解构函数可返回对象的具体确定组件。注意,不要将解构函数 (deconstructor) 与析构函数 (destructor)(确定性对象解除分配和清除)或终结器 (itl.tc/CSharpFinalizers) 混淆。


我们来看看图 1 中的 PathInfo 类。


1 具有解构函数的 PathInfo 类及相关测试
public class PathInfo
{
public string DirectoryName { get; }
public string FileName { get; }
public string Extension { get; }
public string Path
{
get
{
return System.IO.Path.Combine(
DirectoryName, FileName, Extension);
}
}
public PathInfo(string path)
{
DirectoryName = System.IO.Path.GetDirectoryName(path);
FileName = System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(path);
Extension = System.IO.Path.GetExtension(path);
}
public void Deconstruct(
out string directoryName, out string fileName, out string extension)
{
directoryName = DirectoryName;
fileName = FileName;
extension = Extension;
}
// ...
}

显然,可以和在 C# 1.0 一样调用 Deconstruct 方法。但是,C# 7.0 提供了可以显著简化调用的语法糖。如果存在解构函数的声明,则可以使用新的 C# 7.0“类似元组”的语法调用它(参见图 2)。

2 解构函数调用和赋值
PathInfo pathInfo = new PathInfo(@"//test/unc/path/to/something.ext");
{
// Example 1: Deconstructing declaration and assignment.
(string directoryName, string fileName, string extension) = pathInfo;
VerifyExpectedValue(directoryName, fileName, extension);
}
{
string directoryName, fileName, extension = null;
// Example 2: Deconstructing assignment.
(directoryName, fileName, extension) = pathInfo;
VerifyExpectedValue(directoryName, fileName, extension);
}
{
// Example 3: Deconstructing declaration and assignment with var.
var (directoryName, fileName, extension) = pathInfo;
VerifyExpectedValue(directoryName, fileName, extension);
}

请注意,C# 第一次如何允许同时向不同值的多个变量赋值。这与将所有变量都初始化为同一值 (null) 的空赋值声明不同:


string directoryName, filename, extension = null;通过新的类似元组的语法,赋予每个变量一个不同的值,该值与其名称不对应,但与它出现在声明和解构语句中的顺序相对应。


正如你所期望的,out 参数的类型必须与被分配的变量类型相匹配,并且允许使用 var,因为此类型可以从 Deconstruct 参数类型中推断出来。但是,请注意,虽然可以在圆括号外面放置一个 var(如图 2 中的示例 3 所示),但此时即使所有变量的类型均相同,也不能拉出字符串。


请注意,此时 C# 7.0 类似元组的语法要求圆括号内至少出现两个变量。例如,即使存在类似如下的解构函数,也不允许使用 (FileInfo path) = pathInfo;:


public void Deconstruct(out FileInfo file)换句话说,不能对仅有一个 out 参数的 Deconstruct 方法使用 C# 7.0 解构函数。

使用元组


正如我所说过的,前面的每个示例都利用了 C# 7.0 类似元组的语法。此类语法的特点就是用圆括号括住分配的多个变量(或属性)。我之所以使用术语“类似元组的”,是因为所有这些解构函数示例实际上在内部均未使用任何元组类型。(实际上,由于已分配的对象是表示封装的组成部分的实例,因此,不允许通过解构函数语法分配元组,也可以说这样做不太必要。)


借助 C# 7.0,现在有了一种特别简化的语法,可以使用元组,如图 3 所示。只要允许使用类型说明符,就可以使用这种语法,其中包括声明、强制转换运算符和类型参数。

3 声明、实例化并使用 C# 7.0 元组语法
[TestMethod]
public void Constructor_CreateTuple()
{
(string DirectoryName, string FileName, string Extension) pathData =
(DirectoryName: @"//test/unc/path/to",
FileName: "something",
Extension: ".ext");
Assert.AreEqual<string>(
@"//test/unc/path/to", pathData.DirectoryName);
Assert.AreEqual<string>(
"something", pathData.FileName);
Assert.AreEqual<string>(
".ext", pathData.Extension);
Assert.AreEqual<(string DirectoryName, string FileName, string Extension)>(
(DirectoryName: @"//test/unc/path/to",
FileName: "something", Extension: ".ext"),
(pathData));
Assert.AreEqual<(string DirectoryName, string FileName, string Extension)>(
(@"//test/unc/path/to", "something", ".ext"),
(pathData));
Assert.AreEqual<(string, string, string)>(
(@"//test/unc/path/to", "something", ".ext"), (pathData));
Assert.AreEqual(
typeof(ValueTuple<string, string, string>), pathData.GetType());
}
[TestMethod]
public void ValueTuple_GivenNamedTuple_ItemXHasSameValuesAsNames()
{
var normalizedPath =
(DirectoryName: @"//test/unc/path/to", FileName: "something",
Extension: ".ext");
Assert.AreEqual<string>(normalizedPath.Item1, normalizedPath.DirectoryName);
Assert.AreEqual<string>(normalizedPath.Item2, normalizedPath.FileName);
Assert.AreEqual<string>(normalizedPath.Item3, normalizedPath.Extension);
}
static public (string DirectoryName, string FileName, string Extension)
SplitPath(string path)
{
// See http://bit.ly/2dmJIMm Normalize method for full implementation.
return ( System.IO.Path.GetDirectoryName(path),
System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(path),
System.IO.Path.GetExtension(path)
);
}

如果你不太熟悉元组,可以在轻量级语法中将多个类型组合成一个包含类型,然后在对其进行实例化的方法外面使用。之所以说是轻量级,是因为和定义类/结构不同,元组可通过内联和动态方式“声明”。但是,与也支持内联声明和实例化的动态类型不同,元组可以从其包含成员的外部访问,它们实际上可以包含在 API 中。虽然外部 API 支持,但元组没有兼容版本的扩展(除非类型参数本身正好支持推导),因此,在公共 API 中应谨慎使用。因此,更好的办法是对公共 API 中的返回内容使用标准类。


在 C# 7.0 之前,该框架已有元组类 System.Tuple<…>(在 Microsoft .NET Framework 4 中引入)。但 C# 7.0 与之前的解决方案不同,因为它将语义意图嵌入到声明中并引入一个元组值类型: System.ValueTuple<…>。


我们现在来看看语义意图。请注意,在图 3 中,C# 7.0 元组语法可让你为元组包含的每个 ItemX 元素声明别名。例如,图 3 中的 pathData 元组实例已定义强类型 DirectoryName: string、FileName: string 和 Extension: string 属性,因此,可以调用(例如)pathData.DirectoryName。这是一项重大改进,因为在 C# 7.0 之前,唯一可用的名称是 ItemX 名称,其中 X 将针对每个元素增加。


现在,虽然 C# 7.0 元组的元素属于强类型,但这些名称本身在类型定义中并未区分。因此,可以分配两个使用不同别名的元组,你将得到一条警告,通知你将忽略右边的名称:

// Warning: The tuple element name 'AltDirectoryName1' is ignored
// because a different name is specified by the target type...
(string DirectoryName, string FileName, string Extension) pathData =
(AltDirectoryName1: @"//test/unc/path/to",
FileName: "something", Extension: ".ext");
同样,可以将元组分配到尚未定义部分别名元素名称的其他元组:
// Warning: The tuple element name 'directoryName', 'FileNAme' and 'Extension'
// are ignored because a different name is specified by the target type...
(string, string, string) pathData =
(DirectoryName: @"//test/unc/path/to", FileName: "something", Extension: ".ext");

必须确定,每个元素的类型和顺序都定义类型兼容性。仅忽略元素名称。然而,即使在名称不同时被忽略,它们仍然在 IDE 中提供 IntelliSense。


请注意,无论是否定义元素名称的别名,所有元组均有 ItemX 名称,其中 X 对应于元素的数量。ItemX 名称很重要,因为它们是元组从 C# 6.0 开始起可用,即使没有别名元素的名称也是如此。


需要注意的另一点就是,基础 C# 7.0 元组类型是 System.ValueTuple。如果正针对其进行编译的框架中未提供此类型,可以通过 NuGet 包访问它。


有关元组内部元素的详细信息,请参阅 intellitect.com/csharp7tupleiinternals。


具有 Is 表达式的模式匹配


有时会存在基类(例如 Storage),以及一系列的派生类、DVD、UsbKey、HardDrive、FloppyDrive 等。要对每个类实施 Eject 方法,请使用以下多个选项:

As 运算符 检查结果是否为 null执行 eject 操作Is 运算符使用 Is 运算符检查类
执行 eject 操作 Cast 显式转换并赋值捕获可能的异常执行操作 看起来不怎么样啊!

还有第四种、效果更好的方法,即使用你通过虚拟函数分派的多形性。但是,仅在具有 Storage 类的源代码并且可以添加 Eject 方法时,才可以使用这种方法。我假设的选项不适用于这个讨论,因此需要模式匹配。


上述这些方法存在的问题都是语法相当冗长,总是要求为需要转换的每个类提供多个语句。C# 7.0 提供模式匹配,用作一种将测试和赋值合并为单个操作的方法。因此,图 4 中的代码简化为如图 5 中所示的代码。

4 无模式匹配的类型转换
// Eject without pattern matching.
public void Eject(Storage storage)
{
if (storage == null)
{
throw new ArgumentNullException();
}
if (storage is UsbKey)
{
UsbKey usbKey = (UsbKey)storage;
if (usbKey.IsPluggedIn)
{
usbKey.Unload();
Console.WriteLine("USB Drive Unloaded.");
}
else throw new NotImplementedException(); }
else if(storage is DVD)
// ...
else throw new NotImplementedException();
}
5 有模式匹配的类型转换
// Eject with pattern matching.
public void Eject(Storage storage)
{
if (storage is null)
{
throw new ArgumentNullException();
}
if ((storage is UsbKey usbDrive) && usbDrive.IsPluggedIn)
{
usbDrive.Unload();
Console.WriteLine("USB Drive Unloaded.");
}
else if (storage is DVD dvd && dvd.IsInserted)
// ...
else throw new NotImplementedException(); // Default
}

这两种转换方式的区别并不重要,但如果要经常执行(例如,针对每个派生类型),则前一种语法存在一种繁琐的 C# 特性。C# 7.0 的改进之处是将类型测试、声明和赋值组合为一个操作,呈现早期的语法,但不推荐使用。在前一种语法中,检查类型而不分配标识符会导致失败而恢复“默认设置”,否则会很麻烦。相比之下,除了类型检查,分配还考虑到其他条件。


请注意,图 5 中的代码开始模式匹配 is 运算符,也支持 null 比较运算符:


if (storage is null) { … }使用 Switch 语句的模式匹配


虽然支持使用 is 运算符的模式匹配实现了改进,但 switch 语句的模式匹配支持无疑更重要,至少在有多个可转换的兼容类型时如此。这是因为 C# 7.0 包括 case 语句和模式匹配,此外,如果满足 case 语句中的类型模式,就可以在 case 语句中提供、分配和访问标识符。图 6 提供了一个示例。

6 Switch 语句中的模式匹配
public void Eject(Storage storage)
{
switch(storage)
{
case UsbKey usbKey when usbKey.IsPluggedIn:
usbKey.Unload();
Console.WriteLine("USB Drive Unloaded.");
break;
case DVD dvd when dvd.IsInserted:
dvd.Eject();
break;
case HardDrive hardDrive:
throw new InvalidOperationException();
case null:
default:
throw new ArgumentNullException();
}
}

在该示例中,请注意如何在 case 语句中自动声明和分配如 usbKey 和 dvd 的局部变量。正如你所期望的,范围仅限于 case 语句中。


但也许与变量声明和赋值一样重要的是附加条件,可以用一个 when 子句附加到 case 语句。结果是 case 语句完全可以筛选无效的方案,无需在 case 语句内部使用额外的筛选器。这带来额外的好处是:如果事实上没有完全满足前一个 case 语句,也允许计算下一个 case 语句。这也意味着 case 语句不再仅限于常量,此外,switch 表达式可以是任何类型,不再仅限于 bool、char、string、integral 和 enum。


新的 C# 7.0 模式匹配 switch 语句功能引入的另一个重要特征就是,case 语句顺序很重要并在编译时验证。(这与该语言的早期版本形成对比,早期版本中没有模式匹配,case 语句顺序也不重要。) 例如,如果我在派生自 Storage 的模式匹配 case 语句之前引入了 Storage 的 case 语句(UsbKey、DVD 和 HardDrive),则 case Storage 会隐藏所有其他的类型模式匹配(派生自 Storage)。如果 case 语句来自隐藏计算结果中的其他派生类型 case 语句的基类,将导致隐藏的 case 语句中出现编译错误。这样,case 语句顺序要求就类似于 catch 语句。


读者将会记得 null 值中的 is 运算符返回 false。因此,对于值 null 的 switch 表达式,类型模式匹配 case 语句不匹配。为此,null case 语句的顺序无关紧要;此行为在模式匹配之前与 switch 语句匹配。


此外,为了支持与 C# 7.0 之前的 switch 语句的兼容性,默认总是最后评估 case,而不考虑它出现在 case 语句顺序中的位置。(也就是说,由于 case 总是在最后评估,可读性通常也会将它放在最后。) 此外,goto case 语句仍仅适用于常量 case 标签,不适用于模式匹配。

本地函数


虽然已经可以声明委托并为其分配一个表达式,但是 C# 7.0 通过允许在另一个成员内部完全声明本地函数,做出了进一步改进。请考虑图 7 中的 IsPalindrome 函数。

7 本地函数示例
bool IsPalindrome(string text)
{
if (string.IsNullOrWhiteSpace(text)) return false;
bool LocalIsPalindrome(string target)
{
target = target.Trim(); // Start by removing any surrounding whitespace.
if (target.Length <= 1) return true;
else
{
return char.ToLower(target[0]) ==
char.ToLower(target[target.Length - 1]) &&
LocalIsPalindrome(
target.Substring(1, target.Length - 2));
}
}
return LocalIsPalindrome(text);
}

在该实现中,我先检查传递到 IsPalindrome 的参数不是 null 或仅为空格。(我已使用模式匹配与 “text is null” 进行 null 检查。) 接下来,我声明函数 LocalIsPalindrome,其中,我以递归方式将第一个和最后一个字符进行比较。这种方法的好处是,我不在可能会错误调用的类范围内声明 LocalIsPalindrome,进而绕过 IsNullOrWhiteSpace 检查。换句话说,本地函数提供其他的范围限制,但仅在周围函数内部。


图 7 中的参数验证方案是一种通用的本地函数用例。我经常遇到的另一个方案发生在单元测试内,例如在测试 IsPalindrome 函数时(参见图 8)。

8 单元测试通常使用本地函数
[TestMethod]
public void IsPalindrome_GivenPalindrome_ReturnsTrue()
{
void AssertIsPalindrome(string text)
{
Assert.IsTrue(IsPalindrome(text),
$"'{text}' was not a Palindrome.");
}
AssertIsPalindrome("7");
AssertIsPalindrome("4X4");
AssertIsPalindrome(" tnt");
AssertIsPalindrome("Was it a car or a cat I saw");
AssertIsPalindrome("Never odd or even");
}

返回 IEnumerable 的 Iterator 函数以及 yield 返回元素是另一种通用的本地函数用例。


作为对该主题的总结,以下列出了大家需要注意的有关本地函数的几个要点:


本地函数不允许使用可访问性修饰符(public、private、protected)。本地函数不支持重载。即使签名未重叠,也不能在名称相同的同一种方法中使用两个本地函数。编译器将针对永不调用的本地函数发出警告。本地函数可以访问封闭范围内的所有变量,包括局部变量。此行为与本地定义的 lambda 表达式相同,除了本地函数不分配表示结束的对象外,其他方面都与本地定义的 lambda 表达式相同。本地函数存在于整个方法的范围内,而不考虑是在声明之前还是之后调用它们。通过引用返回


从 C# 1.0 开始,可以通过引用 (ref) 将参数传递给函数。结果就是对参数本身的任何改变都将传回给调用方。请考虑以下 Swap 功能:


static void Swap(ref string x, ref string y)在这种情况下,被调用方法可以用新值更新原始调用方的变量,从而交换第一和第二参数中存储的内容。


从 C# 7.0 开始,除了 ref 参数,还可以通过函数返回传回一个引用。例如,考虑返回图像中与红眼相关联的第一像素的函数,如图 9 所示。


图 9 Ref 返回和 Ref 局部声明

public ref byte FindFirstRedEyePixel(byte[] image)
{
//// Do fancy image detection perhaps with machine learning.
for (int counter = 0; counter < image.Length; counter++)
{
if(image[counter] == (byte)ConsoleColor.Red)
{
return ref image[counter];
}
}
throw new InvalidOperationException("No pixels are red.");
}
[TestMethod]
public void FindFirstRedEyePixel_GivenRedPixels_ReturnFirst()
{
byte[] image;
// Load image.
// ...
// Obtain a reference to the first red pixel.
ref byte redPixel = ref FindFirstRedEyePixel(image);
// Update it to be Black.
redPixel = (byte)ConsoleColor.Black;
Assert.AreEqual<byte>((byte)ConsoleColor.Black, image[redItems[0]]);
}

通过返回图像引用,调用方然后能够将像素更新为不同的颜色。通过数组检查更新时发现,该值现在为 black。使用 by reference 参数的替代方法如下所示,有人可能会说这种方法不太明显、可读性较低:

public bool FindFirstRedEyePixel(ref byte pixel);

通过引用返回有两个重要的限制,并且这两个限制都由对象生命周期造成。对象引用不应被视为垃圾收集,因为对象仍然被引用,当它们不再有任何引用时,不应消耗内存。首先,只能返回以下内容的引用:字段、其他引用返回属性或函数,或作为参数传递到引用返回函数的对象。例如,FindFirst­RedEyePixel 返回对图像数组中项目的引用,它是函数的参数。同样,如果图像存储为类中的字段,则可以通过引用返回该字段:


byte[] _Image;public ref byte[] Image { get { return ref _Image; } }其次,ref 局部变量初始化为内存中的某个存储位置,且不能修改为指向不同的位置。(不能具有指向一个引用的指针和修改引用 - 对于那些有 C++ 背景的人,是指向指针的指针。)


以下是需要了解的几个按引用返回特征:


如果你要返回一个引用,则显然必须返回。因此,这意味着在图 9 的示例中,即使没有红眼像素存在,仍需要返回 ref 字节。唯一的解决方法是引发一个异常。相比之下,by reference 参数方法可让你保持参数不变,并返回一个指示成功的布尔值。在许多情况下,这种方法可能更可取。声明一个引用局部变量时,需要初始化。这涉及到为它分配从函数或引用返回到变量的 ref:

ref string text;  // Error
虽然可以在 C# 7.0 中声明引用局部变量,但不允许声明 ref 类型的字段:
class Thing { ref string _Text; /* Error */ }
不能为自动实施的属性声明 by reference 类型:
class Thing { ref string Text { get;set; } /* Error */ }
允许使用返回引用的属性:
class Thing { string _Text = "Inigo Montoya"; ref string Text { get { return ref _Text; } } }
不能使用值(如 null 或常量)初始化引用局部变量。它必须通过返回成员或局部变量/字段的 by reference 分配:ref int number = null; ref int number = 42; // ERROR
输出变量

从 C# 的第一个版本开始,调用包含输出参数的方法时,始终要求在调用方法之前预先声明输出参数标识符。但 C# 7.0 删除了这个特性,并且允许以内联方式声明输出参数以及方法调用。图 10 显示了一个例子。


10 输出参数的内联声明
public long DivideWithRemainder(
long numerator, long denominator, out long remainder)
{
remainder = numerator % denominator;
return (numerator / denominator);
}
[TestMethod]
public void DivideTest()
{
Assert.AreEqual<long>(21,
DivideWithRemainder(42, 2, out long remainder));
Assert.AreEqual<long>(0, remainder);
}

请注意,在 DivideTest 方法中,从测试中对 DivideWithRemainder 的调用如何在 out 修饰符之后包含一个类型说明符。此外,了解剩余部分如何自动继续包含在方法的范围内,如第二个 Assert.AreEqual 调用证明。很好!


文本改进


与以前的版本不同,C# 7.0 包含数字二进制文本格式,如下例所示:

long LargestSquareNumberUsingAllDigits =
0b0010_0100_1000_1111_0110_1101_1100_0010_0100; // 9,814,072,356
long MaxInt64 { get; } =
9_223_372_036_854_775_807; // Equivalent to long.MaxValue
还要注意对下划线 “_” 用作数字分隔符的支持。它只是用来提高可读性,可以放在数字位数(二进制、十进制或十六进制数字)之间的任何位置。

通用的异步返回类型


有时在实施异步方法时,能够同步返回结果,缩短一个长时间运行的操作,因为结果几乎是瞬时的,甚至是已知的。例如,考虑一个异步方法,用于确定目录 (bit.ly/2dExeDG) 中文件的总大小。事实上,如果该目录中没有文件,则该方法可以立即返回,而不执行长时间运行的操作。直到 C# 7.0,异步语法的要求规定此类方法的返回结果应当是 Task,因此,即使不需要这样的 Task 实例,也要实例化 Task。(要实现这一点,通用模式是从 Task.FromResult 返回结果。)


在 C# 7.0 中,编译器不再限制异步方法返回到 void、Task 或 Task。现在可以定义自定义类型,例如 .NET Core Framework 提供的 System.Threading.Tasks.ValueTask struct,它们与异步方法返回值兼容。有关更多信息,请参阅 itl.tc/GeneralizedAsyncReturnTypes。


更多的 Expression-Bodied 成员


C# 6.0 引入了函数和属性的 expression-bodied 成员,从而简化了实现琐碎的方法和属性的语法。在 C# 7.0 中,将 expression-bodied 实现添加到了构造函数、访问器(get 和 set 属性实现),甚至终结器中(请参见图 11)。

11 在访问器和构造函数中使用 Expression-Bodied 成员
class TemporaryFile // Full IDisposible implementation
// left off for elucidation.
{
public TemporaryFile(string fileName) =>
File = new FileInfo(fileName);
~TemporaryFile() => Dispose();
Fileinfo _File;
public FileInfo File
{
get => _File;
private set => _File = value;
}
void Dispose() => File?.Delete();
}

我希望使用 expression-bodied 成员,这对于终结器特别常见,因为最常见的实现是调用 Dispose 方法,如上图所示。


我很高兴地在此说明,对 expression-bodied 成员的额外支持是由 C# 社区实施的,而不是 Microsoft C# 团队。而且还是开源,耶!


警告: 此功能在 Visual Studio 2017 RC 中尚未实现。

Throw 表达式:


图 11 中的临时类可以得到增强,在 expression-bodied 成员内包括参数验证;因此,我可以将构造函数更新为:

public TemporaryFile(string fileName) =>
File = new FileInfo(filename ?? throw new ArgumentNullException());

如果没有 throw 表达式,C# 对 expression-bodied 成员的支持就不能进行任何参数验证。但是,通过 C# 7.0 支持 throw 作为一个表达式,而不仅仅是一个语句,因此,可以在更大的包含表达式中报告错误内联。


警告: 此功能在 Visual Studio 2017 RC 中尚未实现。

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