C#锐利体验第二讲 C#语言基础介绍

第二讲 C#语言基础介绍

在体验C#的锐利之前，关乎语言基本知识的掌握是必不可少的一环。由于C#基本语言很多源自C/C++，在这里对那些和C/C++类似的地方仅作简单介绍，我们将体验专注于那些区别于传统C/C++的关键的语言基础知识。

数据类型

C#语言的数据类型主要分为两类：值类型和引用类型。另外一种数据类型"指针"是为unsafe上下文编程专门设定的，其中unsafe上下文指对代码进行unsafe标示以满足利用指针对内存直接进行操作要求的C#非托管代码，这些代码将失去Microsoft.NET平台的垃圾收集等CLR性质，我们放在"COM互操作 非托管编程与异常处理"专题里阐述。值类型的变量本身包含他们的数据，而引用类型的变量包含的是指向包含数据的内存块的引用或者叫句柄。从下面这幅图中可以清晰地看出两者的差别：

引用类型带来的可能的问题便是当多个变量引用同样的内存块时，对任何一个引用变量的修改都会导致该对象的值的改变。null值表示引用类型没有对任何实际地址进行引用。

值类型可分为结构类型和枚举类型。结构类型包括简单类型和用户自定义结构类型。枚举类型和用户自定义结构类型我们将在"第九讲 结构，枚举，数组与字符串"专题里详细阐述。简单类型又可分为布尔类型和数值类型。C#语言中布尔类型严格与数值类型区分，只有true和false两种取值，不存在像C/C++里那样和其他类型之间的转换。数值类型包括整值，浮点和decimal三种类型。整值类型有sbyte，byte，short，ushort，int，uint，long，ulong，char共九种。除了char类型外，其他8种两两一组分别为有符号和无符号两种。浮点值有float和double两种。decimal主要用于金融，货币等对精度要求比较高的计算环境。下表是对这些简单类型的一个详细的描述：

引用类型共分四种类型：类，接口，数组，委派。类除了我们可以定义自己的类型外，又包括两个比较特殊的类型object和string。object是C#中所有类型（包括所有的值类型和引用类型）的继承的根类。string类型是一个密封类型（不能被继承），其实例表示Unicode字符串，它和数组类型我们将放在"第九讲 结构，枚举，数组与字符串"中详述。接口类型定义一个方法的合同，我们将在"第七讲 接口 继承与多态"中讲述。委派类型是一个指向静态或实例方法的签名，类似于C/C++中的函数指针，将在"第八讲 委派与事件"中讲述。实际上我们将从后面的专题中看到这些类型都是类的某种形式的包装。

每种数据类型都有对应的缺省值。数值类型的缺省值为0或0.0，其中char的缺省为'\x0000'。布尔类型的缺省值为false。枚举类型的缺省值为0。结构类型的缺省值是将它所有的值类型的域设置为对应值类型的缺省值，将其引用类型的域设置为null。所有引用类型的缺省值为null。

不同类型的数据之间可以转换，C#的类型转换有隐含转换，明晰转换，标准转换，自定义转换共四种方式。隐含转换与明晰转换和C++里一样，数据从"小类型"到"大类型"的转换时为隐含转换，从"大类型"到"小类型"的转换为明晰转换，明晰转换需要如"（Type）data"一般的括号转换操作符。标准转换和自定义转换是针对系统内建转换和用户定义的转换而言的，两者都是对类或结构这样的自定义类型而言的。

变量与常量

变量表示存储位置，变量必须有确定的数据类型。C#的类型安全的含义之一就是确保变量的存储位置容纳着合适的类型。可以将C#中的变量分为静态变量，实例变量，传值参数，引用参数，输出参数，数组参数和本地变量共七种。本地变量则是在方法体内的临时变量。

静态变量和实例变量主要是针对类或结构内的数据成员（又叫域）而言的。静态变量在它寄存的类或结构类型被装载后得到存储空间，如果没有对它进行初始化赋值，静态变量的初始值将是它的类型所持有的缺省值。实例变量在它的类实例被创建后获得存储空间，如果没有经过初始化赋值，它的初始值与静态变量的定义相同。两者更详细的说明我们放在"第六讲 域 方法 属性与索引器"专题里。

传值参数，引用参数，输出参数，数组参数主要针对方法的参数类型而言的。简单的讲传值参数是对变量的值的一种传递，方法内对变量的改变在方法体外不起作用。对于传值参数本身是引用型的变量稍有不同，方法内对该引用（句柄）变量指向的数据成员即实际内存块的改变将在方法体外仍然保留改变，但对于引用（句柄）本身的改变不起作用。引用参数是对变量的句柄的一种传递，方法内对该变量的任何改变都将在方法体外保留。输出参数是C#专门为有多个返回值的方法而量身定做的，它类似于引用变量，但可以在进入方法体之前不进行初始化，而其他的参数在进入方法体内C#都要求明确的初始化。数组参数是为传递大量的数组元素而专门设计的，它从本质上讲是一种引用型变量的传值参数。它们更详细的阐述我们也放在"第六讲 域 方法 属性与索引器"专题里。

本地变量严格的讲是在C#的块语句，for语句，switch语句，using语句内声明的变量，它的生命周期严格地被限制在这些语句块内部。

常量在编译时便确定它的值，在整个程序中也不许修改。常量声明的同时必须赋值。由于它的编译时确定值的特性，引用类型可能的值只能为string和null（除string外，引用类型的构建器必须在运行时才能确定引用类型的值）。

操作符与表达式

C#保留了C++所有的操作符，其中指针操作符（*和->）与引用操作符（&）需要有unsafe的上下文。C#摈弃了范围辨析操作符（：：），一律改为单点操作符（.）。我们不再阐述那些保留的C++的操作符，这里主要介绍C#引入的具有特殊意义的几个操作符：as，is，new， typeof，sizeof，stackalloc。

as操作符用于执行兼容类型之间的转换，当转换失败时，as 操作符结果为null。is 操作符用于检查对象的运行时类型是否与给定类型兼容，当表达式非null且可以转化为指定类型时，is操作符结果为true，否则为false。as和is操作符是基于同样的类型鉴别和转换而设计的，两者有相似的应用场合。实际上expression as type相当于expression is type ? (type)expression : (type)null。

作为操作符的new用于在堆上创建对象和调用构造函数，值得注意的是值类型对象（例如结构）是在堆栈上创建的，而引用类型对象（例如类）是在堆上创建的。new也用于修饰符，用于隐藏基类成员的继承成员。为隐藏继承的成员，使用相同名称在派生类中声明该成员并用 new 修饰符修改它。typeof 运算符用于获得某一类型的 System.Type 对象,我们将在"第十讲 特征与映射"里结合Microsoft.NET的类型系统对它作详细的阐述。sizeof 运算符用于获得值类型（不适用于引用类型）的大小（以字节为单位）。stackalloc用于在堆栈上分配内存块, 仅在局部变量的初始值设定项中有效，类似于C/C++语言的_alloca。sizeof和statckalloc都由于涉及内存的直接操作而需要unsafe上下文。

C#里的某些操作符可以像C++里那样被重载。操作符重载使得自定义类型（类或结构）可以用简单的操作符来方便的表达某些常用的操作。

为完成一个计算结果的一系列操作符和操作数的组合称为表达式。和C++一样，C#的表达式可以分为赋值表达式和布尔表达式两种，C#没有引入新的表达式形式，我们对此不再赘述。

命名空间与语句

C#采用命名空间（namespace）来组织程序。命名空间可以嵌套。using指示符可以用来简化命名空间类型的引用。using指示符有两种用法。"using System;"语句可以使我们用简短的类型名"Console"来代替类型"System.Console"。"using Output = System.Console;"语句可以使我们用别名"Output"来代替类型"System.Console"。命名空间的引入大大简化了C#程序的组织方式。

C#语句可以分为标号语句，声明语句，块语句，空语句，表达式语句，选择语句，反复语句，跳转语句，try语句，checked/unchecked语句，lock语句，using语句。

标号语句主要为goto跳转设计，C#不允许跨方法的跳转，但允许小规模的方法内的跳转。声明语句可以同时进行初始化赋值，对象的实例化声明需要new关键字。块语句采用"{"和"}"定义语句块，主要是界定局部变量的作用范围。空语句在C#中用分号"；"表示，没有执行语义。表达式语句通过表达式构成语句。

选择语句有if语句和switch语句两种，与C++别无二致。反复语句除了while,do,for三种循环结构外引入了foreach语句用于遍历集合中所有的元素，但这需要特定的接口支持，我们在后面的章节里对之作详细阐述。

跳转语句有break，continue，goto，return，throw五种语句，前四种与C++里的语义相同，throw语句与后面的try语句我们将在"第十一讲 COM互操作 非托管编程与异常处理"阐述。

checked/unchecked语句主要用于数值运算中溢出检查的上下文。lock语句主要用于线程信号量的锁控制。using语句主要用于片断资源管理。这些我们在后续章节里都会有具体的涉及。