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语法基础

本篇文章重点会放在语法的细节上，不对语法基础做过多解释。

数值类型​

整型数值类型​

类型描述大小（字节）范围默认值CLS 兼容
sbyte有符号 8 位整数1-128 到 1270否
byte无符号 8 位整数10 到 2550是
short有符号 16 位整数2-32,768 到 32,7670是
ushort无符号 16 位整数20 到 65,5350否
int有符号 32 位整数4-2,147,483,648 到 2,147,483,6470是
uint无符号 32 位整数40 到 4,294,967,2950否
long有符号 64 位整数8-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,8070是
ulong无符号 64 位整数80 到 18,446,744,073,709,551,6150否
nint有符号平台相关整数4 或 8与指针相同（32 位进程为 32 位，64 位进程为 64 位）0否
nuint无符号平台相关整数4 或 8与指针相同（32 位进程为 32 位，64 位进程为 64 位）0否

注意：char 类型本质上是无符号 16 位整数（0~65535），但用于表示 Unicode 字符，不应用于算术运算。

平台相关类型 nint 和 nuint

  • 它们的大小取决于运行进程的位数（32 位或 64 位）。
  • 常用于与指针运算、互操作或需要平台自然整数大小的场景。
  • 在 32 位系统上为 32 位，64 位系统上为 64 位。

整数字面量默认是 int，但可以通过后缀指定类型：

后缀示例类型
无123int
u 或 U123Uuint
l 或 L123Llong
ul、uL、Ul、UL123ULulong

还可以使用十六进制（0x）和二进制（0b）表示法：

int hex = 0x7F;      // 127
uint bin = 0b1010;   // 10

隐式转换：从范围小的类型到范围大的类型（如 int → long）会自动进行，不会丢失数据。

显式转换：从大范围到小范围可能丢失数据，必须使用强制转换。


long big = 300;
int small = (int)big; // 显式转换，可能溢出

checked 上下文：可检测溢出，默认在非 checked 上下文中溢出会截断，checked 上下文中会抛出 OverflowException。

checked
{
    int max = int.MaxValue;
    int result = max + 1; // 抛出 OverflowException
}

浮点类型​

类型描述大小（字节）精度（有效数字）范围（近似）后缀.NET 类型
float单精度浮点数4~6-9 位±1.5e-45 到 ±3.4e38f/FSystem.Single
double双精度浮点数8~15-17 位±5.0e-324 到 ±1.7e308d/DSystem.Double
decimal高精度十进制数（适合财务）1628-29 位有效数字±1.0e-28 到 ±7.9e28m/MSystem.Decimal

decimal类型范围较小，精度较高：

double a = 1.0;
double b = 3.0;
Console.WriteLine(a / b);

decimal c = 1.0M;
decimal d = 3.0M; // 指示常量应该用decimal类型
Console.WriteLine(c / d);

不带后缀的浮点数字面量默认为 double。

使用后缀明确指定类型：

  • float：f 或 F（例如 3.14f）

  • decimal：m 或 M（例如 19.99m）

  • double：可省略，也可使用 d/D（如 3.14d）

double d1 = 3.14;      // double
float f1 = 3.14f;      // float
decimal m1 = 3.14m;    // decimal

内置类型转换​

隐式转换：

  • float → double（因为 double 范围更大、精度更高）

  • float 或 double 不能隐式转换为 decimal（可能丢失精度）

源类型目标类型
sbyteshort、int、long、float、double、decimal
byteshort、ushort、int、uint、long、ulong、float、double、decimal
shortint、long、float、double、decimal
ushortint、uint、long、ulong、float、double、decimal
intlong、float、double、decimal
uintlong、ulong、float、double、decimal
longfloat、double、decimal
ulongfloat、double、decimal
charushort、int、uint、long、ulong、float、double、decimal

显式转换：其他类型转换为 float/double/decimal 需要使用强制转换，可能引起精度损失或溢出。

double d = 3.14;
float f = (float)d;        // 显式转换，可能精度损失
decimal m = (decimal)d;     // 显式转换，double 转 decimal 需要显式
源类型目标类型
longint、uint、short、ushort、byte、sbyte、char
ulonglong、int、uint、short、ushort、byte、sbyte、char
float任何整型、decimal
double任何整型、float、decimal
decimal任何整型、float、double

类型系统​

值类型vs引用类型：

特性值类型引用类型
存储位置栈上（或作为其他对象的一部分内联）堆上，变量持有引用
赋值行为复制整个值复制引用，多个变量可指向同一对象
默认值所有位为零（例如 0、false）null
继承隐式密封，不能派生，但可实现接口支持继承和多态
内存释放超出作用域自动释放由垃圾回收器回收
典型示例结构体、枚举、基本数值类型类、接口、委托、数组、字符串
  1. 类（class）
  • 引用类型，支持继承、多态、封装。
  • 可以包含字段、属性、方法、事件等。
public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}
  1. 结构体（struct）

值类型，适合轻量级对象。

不支持继承（但可实现接口）。

常用于表示简单数据，如 Point、Rectangle。

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
}

  1. 记录（record）

    引用类型（record class）或值类型（record struct）。

    默认提供基于值的相等性、非破坏性修改（with）和简洁语法。

public record Person(string Name, int Age);
public record struct Point(int X, int Y);
tip

想象你在填一张快递单：收件人、地址、电话。这些信息一旦填好，就不希望被随意修改（不可变性）。如果你需要修改，通常会重新填一张新单子。另外，判断两张快递单是否相同，是看上面的信息是否一致（值相等），而不是看是不是同一张纸（引用相等）。

你可以把它看作一种数据容器，它自动为你实现了很多“数据类”通常需要手写的功能（比如值相等性比较、复制、解构等）。

C++中没有直接对应的“记录”，但可以用struct（值类型）或不可变类来模拟。例如，定义一个只有const成员的类，并重载operator==来实现值比较，再实现一个“克隆”方法。C#的记录把这些都自动化了.

  1. 枚举（enum）

    值类型，用于定义一组命名常量。

    默认底层类型为 int，可指定其他整型。

public enum Color
{
    Red,
    Green,
    Blue
}

  1. 接口（interface）

    定义契约，不包含实现。

    类和结构体可实现多个接口。

public interface IMovable
{
    void Move(int x, int y);
}
tip

接口（Interface）可以理解为一纸合同或能力证书。它只规定“能做什么”（比如“这个物体可以飞行”），但不规定“怎么做”（比如“用翅膀飞”还是“喷气飞”）。任何类只要签署了这份合同（即实现接口），就必须提供具体的做法。

对比C++，C++中没有专门的“接口”关键字，但可以通过只包含纯虚函数的抽象基类来模拟接口：


class IFlyable {               // 相当于C#的接口
public:
    virtual void Fly() = 0;     // 纯虚函数，无实现
    virtual ~IFlyable() {}      // 虚析构
};

class Bird : public IFlyable {
public:
    void Fly() override { /* 翅膀飞 */ }
};

class Airplane : public IFlyable {
public:
    void Fly() override { /* 引擎飞 */ }
};

  1. 委托（delegate）

    引用类型，用于封装方法，类似于函数指针。

    事件基于委托实现。

// 定义一个委托，可以指向任何返回 int、接受两个 int 参数的方法
public delegate int MyDelegate(int x, int y);
MyDelegate del1 = new MyDelegate(Add);      // 指向静态方法
MyDelegate del2 = new MyDelegate(new Program().Multiply); // 指向实例方法
int result = del1(3, 5); // 输出 8
// 多播委托
MyDelegate del = Add;
del += Multiply;   // 增加一个方法
del(2, 3);         // 先执行 Add(2,3) -> 5，再执行 Multiply(2,3) -> 6
tip

想象你去餐厅点餐，你把想吃的菜写在点餐单上，然后交给服务员。服务员根据这张单子去后厨让厨师做菜。这里的“点餐单”就像委托——它记录了你要执行的操作（吃什么菜），而服务员就是调用委托的代码，后厨厨师就是实际干活的方法。

特殊类型与概念​

  1. 可空类型（Nullable Types）

    值类型不能为 null，但可通过 Nullable<T> 或 T? 语法使其可为空。

    引用类型默认可为空（C# 8.0 引入可空引用类型上下文）。

int? nullableInt = null;           // 可空值类型
string? nullableString = null;     // 可空引用类型（需启用可空上下文）
  1. 泛型（Generics）

允许定义类型参数，提高代码复用和类型安全。

可用于类、结构、接口、委托和方法。

public class List<T>
{
    public void Add(T item) { ... }
}
// 具体一点的使用
public class Box<T>
{
    private T content;

    public void Put(T item) => content = item;
    public T Get() => content;
}

// 使用时指定具体类型
Box<int> intBox = new Box<int>();
intBox.Put(123);
int value = intBox.Get();  // 直接得到 int，无需转换

Box<string> stringBox = new Box<string>();
stringBox.Put("Hello");
string text = stringBox.Get();
warning

C# 泛型与C++ 的Template不同，其实例化时机是在运行时，Template实例化是在编译时。

  1. 匿名类型

    由编译器自动生成的只读类型，用于临时存储一组属性。

    常用于 LINQ 查询结果。

var person = new { Name = "Alice", Age = 30 };
  1. 元组（Tuples） 轻量级数据结构，可包含多个不同类型的元素。 支持命名元素和解构。
var tuple = (Name: "Alice", Age: 30);
Console.WriteLine(tuple.Name);

  1. 指针类型

    在不安全上下文中使用，用于直接操作内存。

    使用 * 和 & 操作符。

unsafe
{
    int* ptr = &someVariable;
}

  1. 装箱和拆箱

    装箱：值类型转换为 object 或接口类型，在堆上分配对象。

    拆箱：将装箱的对象转换回值类型。

int i = 123;
object obj = i;   // 装箱
int j = (int)obj; // 拆箱

类型系统的高级特性​

  1. 类型推断（var）

    编译器根据初始化表达式推断变量类型。

    减少冗余，但可能降低可读性（需合理使用）。

var name = "Alice";  // 推断为 string
var numbers = new int[] { 1, 2, 3 };

  1. 模式匹配

    提供更灵活的类型检查和转换语法。

    支持类型模式、属性模式、位置模式等。

object obj = "Hello";
if (obj is string s)
{
    Console.WriteLine(s.Length);
}

// switch 表达式
string result = obj switch
{
    int i => $"整数 {i}",
    string str => $"字符串 {str}",
    _ => "其他"
};

  1. 可空引用类型（C# 8.0+）

    帮助开发者避免空引用异常。

    通过注解 ? 表示可为空，编译器提供静态分析。

#nullable enable
string? maybeNull = null;   // 可为空
string notNull = "hello";   // 不可为空

  1. 扩展方法

    允许向现有类型添加新方法，而无需修改类型定义。

    定义在静态类中的静态方法，第一个参数使用 this 关键字。

public static class StringExtensions
{
    public static bool IsNullOrEmpty(this string s) => string.IsNullOrEmpty(s);
}

  1. 匿名方法和 Lambda 表达式

    用于创建内联函数，常用于委托和 LINQ。

Func<int, int> square = x => x * x;

类型安全与性能​

静态类型检查：编译时捕获类型错误。

动态类型（dynamic）：绕过编译时检查，运行时解析，可能带来性能开销和运行时错误。

泛型：避免装箱和拆箱，提高性能并保持类型安全。

值类型：减少堆分配和垃圾回收压力。

示例：综合展示类型系统

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 值类型
        int age = 30;
        Point p1 = new Point(10, 20);
        Color color = Color.Red;

        // 引用类型
        Person person = new Person("Alice", 30);
        object obj = person;

        // 可空类型
        int? maybeNumber = null;

        // 泛型
        List<string> names = new List<string> { "Alice", "Bob" };

        // 匿名类型
        var product = new { Name = "Laptop", Price = 999.99 };

        // 元组
        var tuple = (X: 10, Y: 20);

        // 模式匹配
        object data = "Hello";
        if (data is string s)
        {
            Console.WriteLine($"字符串长度: {s.Length}");
        }

        // 装箱拆箱
        int i = 42;
        object boxed = i;       // 装箱
        int unboxed = (int)boxed; // 拆箱

        // 使用扩展方法
        string text = "test";
        Console.WriteLine(text.IsNullOrEmpty());
    }
}

// 自定义类型
public record Person(string Name, int Age);
public struct Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}
public enum Color { Red, Green, Blue }

// 扩展方法
public static class StringExtensions
{
    public static bool IsNullOrEmpty(this string s) => string.IsNullOrEmpty(s);
}

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