C# 7新功能概覽

.NET Magazine國際中文電子雜誌
作者：許薰尹
審稿：張智凱
文章編號： N170818602
出刊日期： 2017/8/23

本文將延續本站《C#7新功能概覽 - 1》、《C#7新功能概覽 - 2》文章的說明，介紹C# 7 新增的新語法，並利用一些範例來了解這些語法。

區域函式（Local Function）

使用過JavaScript程式語言的設計師一定相當熟悉在函式之中宣告函式，現在C# 也擁有類似的功能了。以一個範例來說明，在C# 6 除了匿名函式這種特殊案例之外，標準的方法只能在類別之中宣告，例如以下的SayHi方法：

class Program
{

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine(SayHi("mary"));
    }

    static string SayHi(string s)
    {
        return $"Hi, {s}";
    }
}

而在C# 7中，可以這樣改寫，在Main方法中直接宣告SayHi方法，這就叫區域函式（Local Function），參考以下範例程式碼：

class Program
{
     static void Main(string[] args)
     {
         string SayHi(string s)
         {
             return $"Hi, {s} ";
         }
         Console.WriteLine(SayHi("Mary"));
     }
}

區域函式（Local Function）可以直接存取它的外部函式宣告的變數值，例如以下範例程式碼，SayHi方法可以使用到外部Main方法宣告的today變數：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        string today = DateTime.Now.ToShortDateString();

        string SayHi(string s)
        {
            return $"Hi, {s} , today is {today}";
        }
        Console.WriteLine(SayHi("Mary"));
    }
}

這個範例的執行結果參考如下：

圖 1：使用區域函式（Local Function）。

理所當然，在區域函式（Local Function）中定義的變數，有效範例隸屬區塊或函式等級，因此以下範例程式碼便無法在區域函式SayHi所在的外部函式Main方法讀取到SayHi中定義的name變數，而發生編譯錯誤：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        string SayHi(string s)
        {
            var name = s;
            return $"Hi, {s} ";
        }

        Console.WriteLine(name); //Error
        Console.WriteLine(SayHi("Mary"));
    }
}

Expression-bodied Member

在C# 6定義類別的方法（Method）與屬性（Auto Property）時，可以直接使用Lambda Expression，讓程式又變短了，此語法稱之為Expression-bodied member，可以應用在定義方法（Expression-bodied method）與屬性（Expression-bodied property）。撰寫Expression-bodied method時，語法結構如下列範例的GetName()方法，在「=>」符號右方直接撰寫方法程式碼，若方法有回傳值，連return關鍵字都可以省略。而Expression-bodied property語法類似Expression-bodied method，如下範例中的FullName屬性，因為FullName後方沒有小括號，可以區別出它是屬性，方法名稱的後方需要有小括號。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Employee emp = new Employee();
        emp.LastName = "Lee";
        emp.FirstName = "Mary";
        Console.WriteLine(emp.GetName()); // Mary , Lee
        Console.WriteLine(emp.FullName); // Mary , Lee
    }
}
class Employee
{
    public string FirstName { get; set; }
    public string LastName { get; set; }
    public string GetName() => FirstName + " , " + LastName; //Expression-bodied method
    public string FullName => this.FirstName + " , " + this.LastName; //Expression-bodied property
}

Expression-bodied constructor

C# 則擴充了Expression-bodied member，可以應用在建構函式（Constructor）、解構函式（Finalizer），以及含getter與setter的屬性語法。參考以下定義Expression-bodied constructor範例程式碼：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Employee emp = new Employee("Mary");
        emp.LastName = "Lee";
        Console.WriteLine(emp.GetName()); // Mary , Lee
        Console.WriteLine(emp.FullName); // Mary , Lee
    }
}
class Employee
{
    //Expression-bodied constructor
    public Employee(string fName) => FirstName = fName;

    public string FirstName { get; set; }
    public string LastName { get; set; }
    public string GetName() => FirstName + " , " + LastName; //Expression-bodied method
    public string FullName => this.FirstName + " , " + this.LastName; //Expression-bodied property
}

因為Expression-bodied member是用在只有一行程式碼的情境，若Employee的建構函式需要傳入兩個以上的參數，然後在方法中寫兩行程式碼來做初始設定，則Visual Studio將無法編譯程式碼。目前取代的作法是利用Tuple物件Deconstrunting的功能來初始化屬性值，參考以下範例程式碼：

但據說目前的Roslyn編譯器針對這樣的寫法，程式的效能不是很好，可能會再Visual Studio 2017 Update 1時有所修訂，改善其執行效能，可參閱以下的討論串：https://github.com/dotnet/roslyn/issues/16869#issuecomment-280800193。

Expression-bodied Finalizer

解構函式也可以改用Expression-bodied Finalizer的寫法，參考以下範例程式碼：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Employee emp = new Employee("Mary", "Lee");
        Console.WriteLine(emp.GetName()); // Mary , Lee
        Console.WriteLine(emp.FullName); // Mary , Lee
    }
}
class Employee
{
    //Expression-bodied constructor
    public Employee(string fName, string lName) => (FirstName, LastName) = (fName, lName);
    //Expression-bodied Finalizer
    ~Employee() => Console.WriteLine("finalizer");
    public string FirstName { get; set; }
    public string LastName { get; set; }
    public string GetName() => FirstName + " , " + LastName; //Expression-bodied method
    public string FullName => this.FirstName + " , " + this.LastName; //Expression-bodied property
}

Expression-bodied get / set accessor

在C# 6定義屬性時，可以利用get存取子，撰寫讀取屬性的程式碼；set存取子則用來撰寫設定資料的程式碼，例如以下的FirstName屬性：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Employee emp = new Employee("Mary", "Lee");
        Console.WriteLine(emp.GetName()); // Mary , Lee
        Console.WriteLine(emp.FullName); // Mary , Lee
        Console.WriteLine(emp.FirstName); // Mary
    }
}
class Employee
{
    public Employee(string fName, string lName)
    {
        FirstName = fName;
        LastName = lName;
    }
    private string defaultFName;
    public string FirstName
    {
        get { return defaultFName; }
        set { defaultFName = value; }
    }
    public string LastName { get; set; }
    public string GetName() => FirstName + " , " + LastName; //Expression-bodied method
    public string FullName => this.FirstName + " , " + this.LastName; //Expression-bodied property
}

在C# 7則可以改用Expression-bodied get / set accessor語法，參考以下範例程式碼：

    }
}
class Employee
{
    //Expression-bodied constructor
    public Employee(string fName, string lName) => (FirstName, LastName) = (fName, lName);
    //Expression-bodied Finalizer
    ~Employee() => Console.WriteLine("finalizer");
    // Expression-bodied get / set accessors.
    private string defaultFName;
    public string FirstName {
        get => defaultFName;
        set => defaultFName = value;
    }
    public string LastName { get; set; }
    public string GetName() => FirstName + " , " + LastName; //Expression-bodied method
    public string FullName => this.FirstName + " , " + this.LastName; //Expression-bodied property
}

丟出例外

在C# 6 的throw屬於陳述式（Statement），不是運算式（Expression），而C# 陳述式（Statement）都是以分號結尾，例如「int i = 10;」而運算式（Expression）通常會計算出一個值，例如「1+2」。參考以下範例程式碼，若使用LINQ Find()方法查詢集合資料，找不到滿足的資料時，將回傳null值，在C# 6，我們需要另外再利用if程式碼判斷是否要丟出例外錯誤：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        List<Employee> list = new List<Employee>(){
            new Employee { Name = "Mary" },
            new Employee { Name = "Candy"},
            new Employee { Name = "Amy" }
        };

而在C# 7 則可以改寫如下得到一樣的效果：

class Program
{
static void Main(string[] args)
{

        List<Employee> list = new List<Employee>(){
            new Employee { Name = "Mary" },
            new Employee { Name = "Candy"},
            new Employee { Name = "Amy" }
        };
        var r = list.Find(s => s.Name.StartsWith("a")) ?? throw new InvalidOperationException("Could not find data");
    }
}
class Employee
{
    public string Name { get; set; }
}

非同步方法回傳型別

在C# 6 一個非同步方法（async method）的回傳值只能是void、Task或Task<T>型別，若回傳Task或Task<T>，這兩種都是參考型別物件，因此記憶體的配置會比單純的實值型別（Value Type）來得多，這可能會造成效能上的瓶頸。參考以下範例程式碼，AddAsync非同步方法利用Task物件進行非同步的兩數相加的運算（非同步運算通常是應用在I/O或CPU密集的工作上，比較簡單的運算邏輯不需要使用到非同步，本範例純粹為了說明）：

class Program
{
     static void Main(string[] args)
     {
         Task<int> task = AddAsync(10, 20);
         Console.WriteLine($"Result : {task.Result}");
     }
     static async Task<int> AddAsync(int x, int y)
     {
         var r = await Task.Run(() => x + y);
         return r;
     }

}

而C# 7的非同步方法現在則是允許你回傳一個較為輕量的實值型別，取代回傳一個參考型別物件，這樣可以有效的改善記憶體的使用。只要型別提供一個可存取的GetAwaiter()方法，就可以當作非同步方法的回傳型別。

不過要使用這個功能，需要先在專案中安裝「System.Threading.Tasks.Extensions 」套件，使用Nuget套件管理員下載與安裝「System.ValueTuple」套件的步驟如下，從Visual Studio 2017開發工具「Solution Explorer」視窗選取專案名稱。再從「Tools」-「NuGet Package Manager」-「Package Manager Console」開啟「Package Manager Console」視窗，然後在提示字元中輸入install-package指令：

Install-Package System.Threading.Tasks.Extensions

然後讓你的非同步方法，回傳ValueTask<TResult>型別即可，參考以下範例程式碼：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var value = AddAsync(10, 20);
        Console.WriteLine($"Result : {value.Result}");
    }
    static async ValueTask<int> AddAsync(int x, int y)
    {
        var r = await Task.Run(() => x + y);
        return r;
    }
}

數值表達語法

有時我們會需要進行一些位元的運算，像是搭配 [Flags] Attribute來設計多選效果。可參閱本站此篇文章《http://blogs.uuu.com.tw/Articles/post/2017/06/14/使用列舉與旗標設計多選.aspx》來了解更多設計的細節。以此篇文章的範例舉例，以下定義一個列舉型別，描述影片撥放時段，可能是白天（Day）、晚上（Night）、平日（WeekDay）或假日（Holiday），例如以下C# 6 語法程式碼，列舉上方套用[Flags] Attribute，而Main方法中宣告一個myOptions變數，使用「|」(OR)運算子設定兩個值Day與Night：

class Program
{
    [Flags]
    public enum ShowOptions
    {
        Day = 1,
        Night = 2,
        WeekDay = 4,
        Holiday = 8
    }
    static void Main(string[] args)
    {
        ShowOptions myOptions = ShowOptions.Day | ShowOptions.Night;
        Console.WriteLine(myOptions); //Day, Night
        Console.WriteLine((int)myOptions); //3
    }
}

若是C# 7可以使用「0b」開始來表達位元資料，它代表二進位（Binary）數字：

class Program
{
    [Flags]
    public enum ShowOptions
    {
        Day = 0b00000001,
        Night = 0b00000010,
        WeekDay = 0b00000100,
        Holiday = 0b00001000
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        ShowOptions myOptions = ShowOptions.Day | ShowOptions.Night;
        Console.WriteLine(myOptions); //Day, Night
        Console.WriteLine((int)myOptions); //3
    }
}

程式中太多「0」了，看了不免眼花瞭亂我們可以加上數字分隔符號（_）區隔之，參考以下範例程式碼：

[Flags]
public enum ShowOptions
{
    Day = 0b0000_0001,
    Night = 0b0000_0010,
    WeekDay = 0b000_00100,
    Holiday = 0b0000_1000
}

數字分隔符號（_）可以隨意出現多次，參考以下範例程式碼：

[Flags]
public enum ShowOptions
{
     Day = 0b00_000_001,
     Night = 0b00_000_010,
     WeekDay = 0b0_000_100,
     Holiday = 0b00_001_000
}

除了int、long型別之外，數字分隔符號（_）還可以使用在decimal、float、double等等型別，參考以下範例程式碼：

double salary1 = 22_000.00;
Console.WriteLine(salary1);
float salary2 = 22_000.00F;
Console.WriteLine(salary2);
decimal salary3 = 22_000.00M;
Console.WriteLine(salary3);

Ref locals and returns（傳參考區域變數與傳參考回傳值）

在C# 中方法提供ref；out類型的參數，允許傳遞參考（Pass by Reference），而新的C# 7「Ref locals and return（傳參考區域變數與傳參考回傳值）」功能現在讓方法可以回傳變數的參考（Return by reference），這個功能可以讓程式儘量避免複製值的動作，取而代之的是，可以透過參考（Reference）直接存取到特定記憶體內容，這樣可以讓程式更有效率，特別適用在數學計算上，例如回傳矩陣（Matrix）某個項目的參考到呼叫端。

參考以下範例程式碼，建立一個Employee物件，設定Age屬性為「50」，接著將Employee物件傳到GetAge方法，這個方法會回傳Age屬性值：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var employee = new Employee() { Age = 50 };
        int GetAge(Employee emp)
        {
            return emp.Age;
        }
        int age = GetAge(employee);
        Console.WriteLine(age);
        age = 999;
        Console.WriteLine(employee.Age);
    }
}
class Employee
{
    public int Age;
}

這個範例一執行，Main方法中兩個Console.WriteLine印出的答案分別是「50」、「50」。在C# 7我們可以撰寫程式碼，回傳欄位（Field）的參考（Reference），參考以下範例程式碼：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var employee = new Employee() { Age = 50 };
        ref int GetAge(Employee emp)
        {
            return ref emp.Age;
        }
        int x = GetAge(employee);
        Console.WriteLine(x);
        x = 999;
        Console.WriteLine(employee.Age);
    }
}
class Employee
{
    public int Age;
}

在GetAge方法使用ref 關鍵字，然後在方法中return 這行也必需要加上ref關鍵字，表示要回傳參考（return by reference），否則編譯將會失敗。

這次執行程式碼，兩個Console.WriteLine印出的答案分別是「50」、「50」。因為「int x」這行變數宣告，會將方法中「return ref」這行回傳的emp.Age內的值，複製到x變數的記憶體（by value），所以當你修改x為「999」時，是修改到x記憶體的內容，不是emp.Age的內容。x此時不算是傳參考區域變數（ref locals）。

參考以下範例程式碼，現在在x區域變數明確地加上「ref」修飾詞；這種區域變數稱做「參考區域變數（ref locals）」，讓方法回傳參考時，x會記住參考：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var employee = new Employee() { Age = 50 };
        ref int GetAge(Employee emp)
        {
            return ref emp.Age;
        }
        ref int x = ref GetAge(employee);
        Console.WriteLine(x);
        x = 999;
        Console.WriteLine(employee.Age);
    }
}
class Employee
{
    public int Age;
}

這次執行程式，兩個Console.WriteLine印出的答案分別是「50」、「999」。當你修改x的值為「999」時，這次是修改到emp.Age記憶體的內容。

特別要注意，宣告ref 變數時，需要順帶初始化，例如這行程式碼：

ref int x = ref GetAge(employee);

不可以將宣告和初始化分開寫兩行，以下程式碼將不能夠編譯：

ref int x = 0;
x = ref GetAge(employee);

另外宣告x區域變數這行程式，也可以改用var語法宣告，讓編譯器自動判斷型別：

ref var x = ref GetAge(employee);

目前「傳參考區域變數與傳參考回傳值（Ref locals and returns）」功能只可用在變數、物件欄位（Field），陣列（Array），不可以用在物件屬性（Property）、事件（Event）、List集合…等等。