C# 2.0對(duì)現(xiàn)有語(yǔ)法的改進(jìn)
2024-07-21 02:24:44
供稿：網(wǎng)友
[自序]
盡管microsoft visual studio .net 2005（過(guò)去好像叫visual studio .net 2004）一再推遲其發(fā)布日期，但廣大開(kāi)發(fā)者對(duì)其的猜測(cè)以及各種媒體對(duì)其各方面的“曝光”也似乎已經(jīng)充斥了網(wǎng)絡(luò)。但與c#有關(guān)的文章似乎無(wú)外乎兩個(gè)方面：vs.net 2005 ide特性、介紹c# 2.0中引入的“四大特性（泛型、匿名方法、迭代器和不完整類型）”。對(duì)ide的研究我不想談了，微軟就是微軟，他的窗口應(yīng)用程序總是沒(méi)得說(shuō)的。而就語(yǔ)言本身的改進(jìn)來(lái)說(shuō)，在我聽(tīng)完了anders hejlsberg在microsoft professional developers conference 2003（2003.10, los angeles, ca）上的演講后，發(fā)現(xiàn)除了這四大特性之外，還有一些鮮為人知的特性，甚至在微軟官方的文檔《c# language specification version 2.0》中都沒(méi)有提到。而這些特性卻更加提高了語(yǔ)言的邏輯性。于是我編寫(xiě)了大量實(shí)際程序研究了這些特性，終于著成本文。本打算發(fā)表在《csdn開(kāi)發(fā)高手》雜志上的，可無(wú)奈水平有限，只能留在這個(gè)角落里貽笑大方了。希望能夠?qū)δ切?duì)c#語(yǔ)言有著濃厚興趣的朋友有些幫助。
——lover_p 于北京工業(yè)大學(xué)1號(hào)樓221寢室
[修訂說(shuō)明]
2004-08-24
第一次修訂。修改了大量的錯(cuò)別字和文法錯(cuò)誤。添加了對(duì)global限定符的介紹。
[正文]
微軟在其即將推出的c#2.0（visual c# whidbey）中，添加了許多令程序員感到振奮的新特性。除了泛型（generic）、迭代器（iterator）、匿名方法（anonmynous）和不完整類型（partial type）等重大的改進(jìn)，還對(duì)現(xiàn)有的語(yǔ)法細(xì)節(jié)進(jìn)行了很大的改進(jìn)，極大地方便了.net框架程序設(shè)計(jì)的工作，并且進(jìn)一步加強(qiáng)了c#語(yǔ)言獨(dú)有的高邏輯性。在本文中，我將向大家介紹一下這些改進(jìn)。（文中c#指代的是c#1.2及以前的版本，而c#2.0指代的是微軟尚未正式推出的c# whidbey；文章中的所有代碼均在版本號(hào)為8.00.30703.4的c#編譯器下進(jìn)行了測(cè)試，標(biāo)有*的錯(cuò)誤消息得自版本號(hào)為7.10.3052.4的c#編譯器。）
[內(nèi)容]
靜態(tài)類
屬性的可訪問(wèn)性限定
命名空間別名
global限定符
編譯器指令
固定大小緩沖區(qū)
參考文獻(xiàn)
靜態(tài)類
使用c#進(jìn)行.net框架程序設(shè)計(jì)的人應(yīng)該都知道，無(wú)法將一個(gè)類聲明為靜態(tài)的。例如，下面的類聲明：
public static class a {
static int i;
}
在c#中是無(wú)效的，當(dāng)我們嘗試編譯這段代碼時(shí)會(huì)得到下面的編譯錯(cuò)誤*：
error cs0106: 修飾符“static”對(duì)該項(xiàng)無(wú)效
由于無(wú)法用static修飾符修飾一個(gè)類，我們?cè)陬愔锌偸悄軌蚣嚷暶黛o態(tài)成員又聲明實(shí)例成員。這無(wú)疑會(huì)帶來(lái)很大的靈活性。但是，如果我們希望一個(gè)類是靜態(tài)的，也就是希望強(qiáng)制要求這個(gè)類中的所有成員都應(yīng)該為靜態(tài)的，就無(wú)能為力了，唯一能做的就是自己注意將所有的成員聲明為static。當(dāng)我們忘記對(duì)一個(gè)本應(yīng)是靜態(tài)的成員使用static修飾符（盡管這是一個(gè)“低級(jí)錯(cuò)誤”，但仍有可能發(fā)生）時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)料的錯(cuò)誤。最重要的是，對(duì)于一個(gè)邏輯上的靜態(tài)類（所有成員均使用static修飾符進(jìn)行聲明的類），我們甚至可以聲明該類的一個(gè)變量并使用new操作符產(chǎn)生該類的實(shí)例！這顯然不是我們所期望的。
而在c#2.0中，則提供了靜態(tài)類這一概念，允許static修飾符對(duì)類進(jìn)行修飾，上面的代碼得以通過(guò)編譯。如果一個(gè)類聲明中包含了static修飾符，那么這個(gè)類中的所有成員將被強(qiáng)制要求聲明為靜態(tài)的。這時(shí)，如果我們故意在類中聲明實(shí)例成員或是不小心忘記了成員聲明中的static修飾符，如下面代碼所示：
public static class a {
int i;
}
則編譯器會(huì)報(bào)告錯(cuò)誤：
error cs0708: 'a.i': cannot declare instance members in a static class
同時(shí)，如果我們聲明該類的變量或是試圖建立該類的一個(gè)實(shí)例時(shí)，如下面的代碼：
public class test {
a a; // error cs0723
void foo() {
a = new a(); // error cs0712
}
}
則會(huì)得到下面的兩個(gè)編譯錯(cuò)誤：
error cs0723: cannot declare variable of static type 'a'
error cs0712: cannot create an instance of the static class 'a'
很顯然，c#2.0中對(duì)靜態(tài)類的支持極大程度地避免了我們?cè)跁?shū)寫(xiě)程序中的意外失誤，尤其是加強(qiáng)了靜態(tài)類的邏輯性，提高了代碼的可讀性。
屬性的可訪問(wèn)性限定
c#為我們提供了相當(dāng)方便的屬性定義，使得我們可以像訪問(wèn)類的公有變量成員那樣訪問(wèn)類的屬性，但還可以同時(shí)得到像訪問(wèn)函數(shù)那樣的安全性。然而，c#只允許屬性的設(shè)置動(dòng)作（set{...}）和獲取動(dòng)作（get{...}）具有相同的可訪問(wèn)性（由屬性聲明中的public、internal和private等修飾符指定）。那么，當(dāng)我們希望允許從任何程序集中的類獲取一個(gè)特定類的屬性，但只允許該類所在的程序集或該類的私有成員才能設(shè)置該屬性時(shí)，我們只能將這個(gè)屬性聲明為公有且只讀（即使用public修飾符聲明但只有g(shù)et{}域），而內(nèi)部的或私有的成員只能通過(guò)設(shè)置與該屬性相關(guān)的內(nèi)部或私有的變量成員的值來(lái)完成屬性的設(shè)置工作：
public class a {
int _intvalue; // 與屬性相關(guān)的一個(gè)int類型的成員變量
// 公有且只讀的屬性，允許任何類獲取該屬性的值：
public int value {
get { return _intvalue; }
}
// 下面的方法需要設(shè)置上面的屬性，
// 但只能通過(guò)訪問(wèn)私有成員變量來(lái)完成，
// 并且要另外進(jìn)行錯(cuò)誤處理
private void somemethod() {
int i;
// ......
// 下面的if-else語(yǔ)句僅用來(lái)設(shè)置屬性值：
if(0 < i && i < 10) {
_intvalue = i;
}
else {
// 錯(cuò)誤處理
}
}
}
很明顯，這種做法是非常麻煩的。如果在多個(gè)地方改變了成員變量的值會(huì)使代碼變得冗長(zhǎng)不可讀，還很有可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，譬如該類有另外一個(gè)方法：
private void anothermethod() {
int i;
// ......
// 下面的if-else語(yǔ)句僅用于設(shè)置屬性值，
// 但其對(duì)i的區(qū)間檢測(cè)發(fā)生了錯(cuò)誤
if(0 < i && i <= 10) { // 注意這里的 <= 運(yùn)算符
_intvalue = i;
}
// 并且沒(méi)有進(jìn)行錯(cuò)誤處理
// ......
}
上面的方法對(duì)將要賦給私有變量成員的值的檢查區(qū)間是錯(cuò)誤的，這種錯(cuò)誤是很有可能發(fā)生的。一旦調(diào)用了這個(gè)方法，_intvalue很有可能具有錯(cuò)誤的值，而訪問(wèn)了value屬性的外部程序集將會(huì)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤的解決是相當(dāng)困難的。并且，如果一個(gè)小組中的其他成員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)同一程序集中其他的類，要求他們?cè)诜椒ㄖ袝?shū)寫(xiě)如此大量的代碼并要進(jìn)行錯(cuò)誤檢查是不人道的。
當(dāng)然，我們可能會(huì)想到將這種設(shè)置屬性值的工作放到一個(gè)內(nèi)部方法中集中進(jìn)行：
// 程序集內(nèi)部的類或該類的私有成員通過(guò)
// 下面的內(nèi)部方法對(duì)上面的屬性進(jìn)行設(shè)置工作
internal void _setintvalue(int newvalue) {
if(0 < newvalue && newvalue < 10) {
_intvalue = newvalue;
}
else {
throw new system.invalidargumentexception (
“the new value must greater than 0 and less than 10”
);
}
}
// 下面的方法需要對(duì)上述屬性進(jìn)行設(shè)置
private void somemethod() {
int i;
// ......
_setintvalue(i); // 通過(guò)調(diào)用內(nèi)部方法進(jìn)行
}
這樣做雖然避免了邏輯錯(cuò)誤的出現(xiàn)（至少使出現(xiàn)了錯(cuò)誤時(shí)的解決工作變得容易），但其可讀性仍然不理想，尤其是邏輯性很差，與“屬性”本身的意義相去甚遠(yuǎn)。
然而c#2.0允許我們對(duì)屬性的get{}和set{}域分別設(shè)置可訪問(wèn)性，我們能夠?qū)⑸厦娴拇a簡(jiǎn)單地寫(xiě)作：
public class a {
int _intvalue; // 與屬性相關(guān)的一個(gè)int類型的成員變量
// 公有的屬性，
// 允許任何類獲取該屬性的值，
// 但只有程序集內(nèi)部的類和該類中的私有成員
// 能夠設(shè)置屬性的值
public int value {
get {
return _intvalue;
}
internal set {
if(0 < value && value < 10) {
_intvalue = value;
}
else {
throw new system.invalidargumentexception (
“the new value must greater than 0 and less than 10”
);
}
}
} // property
// 下面的方法需要對(duì)上述屬性進(jìn)行設(shè)置
private void somemethod() {
int i;
// ......
value = i;
}
}
尤其在程序集中的其他類的成員中訪問(wèn)該屬性時(shí)相當(dāng)方便：
// 這是同一個(gè)程序集中另外的一個(gè)類：
public class b {
public a somemethod() {
a a = new a();
a.value = 8; // 這里對(duì)屬性進(jìn)行設(shè)置，方便！
return a;
}
}
可以看出，能夠?qū)傩缘墨@取和設(shè)置操作分別設(shè)置可訪問(wèn)性限定極大地增強(qiáng)了c#程序的可讀性和語(yǔ)言邏輯性，寫(xiě)出的程序也具有更強(qiáng)的可維護(hù)性。
命名空間別名
在c#中，使用類（如聲明成員變量或調(diào)用靜態(tài)方法等）的時(shí)候需要指定類的完全名稱，即命名空間前綴加類的名字。如果我們要在控制臺(tái)上打印“hello, world!”，則需要寫(xiě)：
system.console.writeline(“hello, world!”);
其中，system是命名空間，console是類的名字，writeline()是我們要調(diào)用的方法。
這樣的要求顯然會(huì)使代碼變得異常冗余。因此，c#為我們提供了using關(guān)鍵字（指令）。通過(guò)使用using指令，我們可以向編譯器指定一系列命名空間，當(dāng)程序中出現(xiàn)了類名字時(shí)，編譯器會(huì)自動(dòng)到這些命名空間中查找這個(gè)類。因此，上面的代碼可以寫(xiě)作：
using system;
// ......
public class test {
public static void main() {
console.writeline(“hello, world!”);
}
}
呵呵，這不就是經(jīng)典的“hello world”范例么？很顯然，這種寫(xiě)法方便得多，可以極大地提高開(kāi)發(fā)效率。
然而，兩個(gè)命名空間中很可能具有同名的類，而我們恰好需要用到這些同名的類。這種情況會(huì)經(jīng)常發(fā)生。譬如在.net框架類庫(kù)中就存在有三個(gè)timer類：system.timer.timer、system.threading.timer和system.windows.forms.timer。我們很可能需要兩個(gè)timer類：一個(gè)system.timer.timer用于在后臺(tái)以固定的時(shí)間間隔檢查應(yīng)用程序或系統(tǒng)狀態(tài)，一個(gè)system.windows.forms.timer用于在用戶界面中顯示簡(jiǎn)單動(dòng)畫(huà)。這時(shí)，盡管我們使用了using指令，我們?nèi)匀恍枰谶@些類出現(xiàn)時(shí)加上命名空間：
using system.timer;
using system.windows.forms;
// ......
public class mainform : form {
system.timer.timer checktimer;
system.windows.forms.timer animatetimer;
// ......
}
這樣的程序仍然顯得冗長(zhǎng)。
在c#2.0中，using指令的使用得到了擴(kuò)展，我們可以使用using指令來(lái)為命名空間指定一個(gè)別名。當(dāng)我們需要引用這個(gè)命名空間時(shí)，可以簡(jiǎn)單地使用它的別名。為命名空間創(chuàng)建一個(gè)別名時(shí)，我們使用using指令的擴(kuò)展用法：using alias = namespace，即可為命名空間namespace指定一個(gè)別名alias。而別名和命名空間的使用方法完全相同。當(dāng)我們引用一個(gè)命名空間中的類型的時(shí)候，只需要在命名空間后面加一個(gè)圓點(diǎn)“.”再跟上類型名稱即可；而引用一個(gè)別名所代表的命名空間中的類型時(shí)，寫(xiě)法是一樣的。那么，上面的例子可以寫(xiě)作：
using systimer = system.timer;
using winform = system.windows.forms;
// ......
public class mainform : winform.form {
systimer.timer checktimer; // 與命名空間的使用完全相同
winform.timer animatetimer;
// ......
}
我們可以看到，這樣的代碼要簡(jiǎn)潔得多。
global限定符
在c#2.0以前，在使用命名空間時(shí)還有一個(gè)非常細(xì)微的問(wèn)題。這就是c#命名空間的查找方式。考慮下面這個(gè)例子：
using system;
namespace mynamespace {
namespace system {
public class myconsole {
public void writeline(string str) {
system.console.writeline(str); // 注意這一行！
}
}
}
}
這里我在自己的命名空間內(nèi)聲明了一個(gè)system命名空間，并在其中模擬了控制臺(tái)類。我希望它通過(guò)調(diào)用system.console類的方法來(lái)模擬控制臺(tái)的行為。這個(gè)程序片斷是沒(méi)有語(yǔ)法問(wèn)題的，當(dāng)仍然不能通過(guò)編譯。其主要原因是c#的命名空間作用域和普通變量的作用域規(guī)則類似，總是查找最近的聲明，并且內(nèi)部聲明可以覆蓋外部聲明。因此，這段代碼中標(biāo)有注釋的一行在編譯的時(shí)候編譯器會(huì)提示找不到類mynamespace.system.console——它試圖在我自己的命名空間里找system.console類！
在c#2.0以前，這個(gè)問(wèn)題對(duì)于類庫(kù)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是非常頭疼的。唯一的解決方法就是盡量在自己的命名空間內(nèi)不使用全局命名空間中的名字。但是，由于類庫(kù)開(kāi)發(fā)者眾多，難免會(huì)出現(xiàn)類似的情況；而且，這樣做還會(huì)導(dǎo)致既是在自己的命名空間中也不能使用可讀性高而又簡(jiǎn)潔的名字，這無(wú)疑傷害了語(yǔ)言的邏輯性和簡(jiǎn)潔性。
然而，c#2.0引入了global關(guān)鍵字，允許我們從全局選取命名空間。下面這個(gè)圖示從.net命名空間的布局說(shuō)明了global關(guān)鍵字的地位：
--------------------------------------------------------------------------------
圖示1：global關(guān)鍵字的地位
在c#1.x中：
+++ who's the root? +++
|
+- system (namespace)
| |
| +- console (class)
| +writeline (method)
| +- int32 (struct)
| +- ...
|
+- mynamespace (namespace)
|
+- system ([sub]namespace)
+ myconsole (class)
在c#2.0中
global (!!!root!!!)
|
+- system (namespace)
| |
| +- console (class)
| +writeline (method)
| +- int32 (struct)
| +- ...
|
+- mynamespace (namespace)
|
+- system ([sub]namespace)
+ myconsole (class)
--------------------------------------------------------------------------------
這樣一來(lái)，我們就能通過(guò)使用global關(guān)鍵字輕易地解決命名空間的沖突問(wèn)題。上面的例子也就能夠重寫(xiě)為：
using system;
namespace mynamespace {
namespace system {
public class myconsole {
public void writeline(string str) {
global.system.console.writeline(str); // 注意這一行！
}
}
}
}
編譯器指令
在我們調(diào)試c#程序時(shí)，經(jīng)常會(huì)聲明一些臨時(shí)變量用來(lái)監(jiān)測(cè)程序狀態(tài)，并在調(diào)試完成后將這些聲明刪除。而當(dāng)我們聲明了這樣的臨時(shí)變量，在調(diào)試過(guò)程中卻沒(méi)有用到的時(shí)候，我們通常會(huì)得到大量的如：
warning cs0168: the variable 'exp' is declared but never used
的警告。然而，我們很清楚這樣的警告是無(wú)害的。同樣，很多其他時(shí)候我們也會(huì)得到一些警告，但我們不得不從大量的無(wú)害的警告中尋找我們需要的錯(cuò)誤消息。
然而，c#2.0為我們提供了一條新的編譯器指令：pragma warning，使得我們能夠在一段代碼中禁止一些我們確認(rèn)無(wú)害的警告（通過(guò)指定警告的編號(hào)）。以前，這種工作只能由特定的編譯器選項(xiàng)（譬如microsoft visual c#編譯器的/nowarn）或相應(yīng)的ide選項(xiàng)（如microsoft visual studio .net 2003中的項(xiàng)目屬性頁(yè)中的相應(yīng)選項(xiàng)）來(lái)完成。而且，通過(guò)編譯環(huán)境來(lái)隱藏警告將導(dǎo)致在編譯整個(gè)項(xiàng)目或整個(gè)源文件的過(guò)程中所有相應(yīng)的警告都會(huì)被隱藏。如果我們僅僅知道在某一個(gè)代碼塊中一個(gè)警告是無(wú)害的，但對(duì)于代碼的其它部分，我們還是希望看到這個(gè)警告消息時(shí)，這種做法就無(wú)能為力了。這個(gè)時(shí)候，我們只有通過(guò)pragma warning指令來(lái)命令編譯器僅僅隱藏某一個(gè)代碼塊中相應(yīng)的警告。我們可以用下列代碼來(lái)禁止產(chǎn)生上面的例子中所述的“未使用參數(shù)”的警告：
public class test {
public void somemethod() {
// 下面的編譯器指令禁止了“未使用參數(shù)”的警告：
#pragma warning disable 0168
int tempstatus;
// ......
// 下面的編譯器指令重新允許產(chǎn)生“未使用參數(shù)”的警告：
#pragma warning restore 0168
}
}
這樣，當(dāng)編譯器編譯somemethod()方法時(shí)，將不會(huì)產(chǎn)生上述的“未使用參數(shù)”的警告，但在編譯其它代碼段時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)生該警告，因?yàn)槲覀冇?pragma warning restore指令重新打開(kāi)了該警告。
固定大小緩沖區(qū)
最后，除了上述的一些特性外，c#2.0還提供了“固定大小緩沖區(qū)（fixed size buffers）”的新特性。即像c語(yǔ)言那樣可以在結(jié)構(gòu)中聲明一個(gè)固定大小的數(shù)組，這通過(guò)system.runtime.compilerservices.fixedbufferattribute屬性和fixed關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)（參見(jiàn)參考文獻(xiàn)第26頁(yè)）：
[system.runtime.compilerservices.fexedbuffer]
public struct buffer {
public fixed char buffer[128];
}
但由于我所使用的編譯器尚未支持這一特性，手頭又沒(méi)有相應(yīng)的資料，在此就不做介紹了。
以上是我對(duì)c#2.0中除了泛型、迭代器、匿名方法和分部類型等重大改進(jìn)之外的一些對(duì)現(xiàn)有特性進(jìn)行的改進(jìn)的簡(jiǎn)要介紹。這些改進(jìn)看起來(lái)很細(xì)微，卻極大程度地增強(qiáng)了c#語(yǔ)言的邏輯性，使得我們能夠?qū)懗龈悠燎铱删S護(hù)性更強(qiáng)的代碼。我的介紹是非常簡(jiǎn)略的，甚至可能有錯(cuò)誤，希望大家指教。（聯(lián)系方式：[email protected]）
