.NET Framework - C# 7.0 中的新增功能

解构函数

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）。图 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。图 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<Type>(    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 运算符使用 As 运算符转换并赋值检查结果是否为 null执行 eject 操作Is 运算符使用 Is 运算符检查类型转换类型并为其赋值执行 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。图 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();}图 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。图 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。图 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）。图 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<T> 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。图 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;  // 9,814,072,356long 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<long>，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<T> 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<T>。现在可以定义自定义类型，例如 .NET Core Framework 提供的 System.Threading.Tasks.ValueTask<T> 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）。图 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。
总结
我承认，当我开始写这篇文章，以为它会短得多。然而，由于我花了更多的时间编程和测试这些功能，因此，我发现有更多的方式实现 C# 7.0，而不仅仅是通过阅读功能标题和遵照语言开发。在许多情况下，声明变量、二进制文本、throw表达式等等，没有太多地涉及理解和使用功能。但有几种情况（例如，按引用返回、解构函数和元组）需要比最初所预期的更多地了解功能。在后一种情况下，不仅要了解语法，还要知道功能何时是相关的。C# 7.0 继续在快速减少的特性列表（预先声明的输出标识符和缺少 throw 表达式）中削弱，而与此同时进行扩展，以包括对之前在语言级别看不到的功能的支持（元组和模式匹配）。希望这个介绍可以帮助你快速进入 C# 7.0 编程领域。有关本文内容之后的 C# 7.0 开发的更多信息，请查看我在 intellitect.com/csharp7 上的博客，以及我的《Essential C# 7.0》一书的更新（预计将在 Visual Studio 2017 投入生产后不久面世）。
Mark Michaelis 是 IntelliTect 的创始人，担任首席技术架构师和培训师。在近二十年的时间里，他一直是 Microsoft MVP，并且自 2007 年以来一直担任 Microsoft 区域总监。Michaelis 还是多个 Microsoft 软件设计评审团队（包括 C#、Microsoft Azure、SharePoint 和 Visual Studio ALM）的成员。他在开发者会议上发表了演讲，并撰写了大量书籍，包括最新的“必备 C# 6.0（第 5 版）”(itl.tc/EssentialCSharp)。可通过他的 Facebook facebook.com/Mark.Michaelis、博客IntelliTect.com/Mark、Twitter @markmichaelis 或电子邮件 mark@IntelliTect.com 与他取得联系。