1.4. C# 高级特性

1.4.1. LINQ（语言集成查询）

LINQ 是 C# 中最强大的特性之一，提供统一的集合查询方式。

var numbers = new[] { 5, 2, 8, 1, 9, 3, 6, 4, 7 };

// 方法语法（Fluent Syntax）
var result = numbers
    .Where(n => n > 4)          // 筛选
    .OrderByDescending(n => n)  // 排序
    .Select(n => n * 10)        // 投影
    .ToList();                  // 物化

// 查询语法（Query Syntax）
var query = from n in numbers
            where n > 4
            orderby n descending
            select n * 10;

// 常用 LINQ 操作符
numbers.Where(n => n % 2 == 0);      // 筛选
numbers.Select(n => n * 2);          // 投影
numbers.OrderBy(n => n);             // 排序
numbers.GroupBy(n => n % 2);         // 分组

numbers.Any(n => n > 5);             // 任一满足？
numbers.All(n => n > 0);             // 全部满足？
numbers.Contains(5);                 // 包含？

numbers.First();                     // 第一个
numbers.Last();                      // 最后一个
numbers.Single();                    // 唯一一个（多于 1 个抛异常）
numbers.FirstOrDefault();            // 第一个或默认

numbers.Skip(3).Take(2);             // 分页
numbers.TakeWhile(n => n < 5);       // 条件取

numbers.Sum();                       // 求和
numbers.Average();                   // 平均
numbers.Min();                       // 最小
numbers.Max();                       // 最大
numbers.Count();                     // 计数

小技巧

LINQ 延迟执行： 大多数 LINQ 操作是惰性的——直到遍历结果时才执行。使用 ToList() / ToArray() / ToDictionary() 强制物化。

1.4.2. async/await 异步编程

// 异步方法定义
public async Task<string> FetchDataAsync(string url)
{
    using var client = new HttpClient();
    var response = await client.GetStringAsync(url);
    return response;
}

// 并发调用
public async Task ProcessMultipleAsync()
{
    var task1 = FetchDataAsync("https://api1.example.com");
    var task2 = FetchDataAsync("https://api2.example.com");

    // 等待所有完成
    var results = await Task.WhenAll(task1, task2);

    // 等待任意一个完成
    var first = await Task.WhenAny(task1, task2);
}

// 异步流（C# 8+）
public async IAsyncEnumerable<int> GenerateSequenceAsync()
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        await Task.Delay(100);
        yield return i;
    }
}

// 消费异步流
await foreach (var number in GenerateSequenceAsync())
    Console.WriteLine(number);

重要

async/await 最佳实践：

异步方法命名以 Async 结尾
避免 .Result / .Wait() ——可能导致死锁
库方法用 ConfigureAwait(false) 避免上下文捕获
异步方法内的 using 自动等待释放

1.4.3. 模式匹配（C# 7+）

// 类型模式
object value = 42;
if (value is int number)
    Console.WriteLine(number * 2);

// 属性模式
if (person is { Name: "Alice", Age: > 18 })
    Console.WriteLine("成年 Alice");

// 位置模式（配合 deconstruct）
if (point is (0, 0))
    Console.WriteLine("原点");

// 列表模式（C# 11+）
int[] numbers = { 1, 2, 3 };
if (numbers is [1, .., 3])
    Console.WriteLine("以 1 开头, 3 结尾");

// switch 表达式中综合使用
static string Classify(object item) => item switch
{
    int i and > 0 => $"正整数 {i}",
    int i and < 0 => $"负整数 {i}",
    string { Length: > 10 } s => $"长字符串: {s[..10]}...",
    null => "空值",
    _ => $"其他: {item.GetType().Name}"
};

1.4.4. 扩展方法

// 为已有类型添加方法
public static class StringExtensions
{
    public static bool IsEmail(this string str)
        => Regex.IsMatch(str, @"^[\w.-]+@[\w.-]+\.\w+$");

    public static string Truncate(this string str, int maxLength)
        => str.Length <= maxLength ? str : str[..maxLength] + "...";
}

// 使用
"alice@example.com".IsEmail();     // true
"Hello World".Truncate(5);         // "Hello..."

小技巧

扩展方法**不能**访问被扩展类型的私有成员——本质上是静态方法的语法糖。

1.4.5. 依赖注入（DI）

// 接口定义
public interface IUserService
{
    Task<User?> GetUserAsync(int id);
}

// 实现
public class UserService : IUserService
{
    private readonly HttpClient _httpClient;

    public UserService(HttpClient httpClient)
    {
        _httpClient = httpClient;  // DI 注入
    }

    public async Task<User?> GetUserAsync(int id)
    {
        return await _httpClient
            .GetFromJsonAsync<User>($"/users/{id}");
    }
}

// 注册服务（Program.cs）
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);
builder.Services.AddHttpClient<IUserService, UserService>();
builder.Services.AddSingleton<ILogger, ConsoleLogger>();

1.4.6. 反射与特性

// 自定义特性
[AttributeUsage(AttributeTargets.Property)]
public class DisplayNameAttribute : Attribute
{
    public string Name { get; }
    public DisplayNameAttribute(string name) => Name = name;
}

public class UserModel
{
    [DisplayName("用户 ID")]
    public int Id { get; set; }

    [DisplayName("用户名称")]
    public string Name { get; set; } = "";
}

// 反射读取特性
public static string GetDisplayName<T>(string propertyName)
{
    var prop = typeof(T).GetProperty(propertyName);
    var attr = prop?.GetCustomAttribute<DisplayNameAttribute>();
    return attr?.Name ?? propertyName;
}

1.4.7. 不安全代码与互操作

// unsafe 代码（需在 csproj 中启用 AllowUnsafeBlocks）
unsafe
{
    int value = 42;
    int* ptr = &value;
    Console.WriteLine(*ptr);  // 42

    // 栈分配
    Span<int> buffer = stackalloc int[256];
}

// P/Invoke 调用 Win32 API
[DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto)]
public static extern int MessageBox(
    IntPtr hWnd, string text, string caption, uint type);

// 使用
MessageBox(IntPtr.Zero, "Hello", "P/Invoke", 0);