引用类型

引用类型是第二类主要的类型组。简单回顾一下，引用类型的变量并不直接包含数据，因为它只是存储了指向数据的引用，而数据实际上位于其他位置。在这个组中，你可以找到四个内置类型，分别是object、string、delegate和dynamic。此外，你还可以声明类、记录和接口。还存在可空的引用类型。所有这些类型将在本节中进行描述。让我们开始吧！

对象

Object类（对象别名）在System命名空间中声明，并在使用C#开发应用程序时扮演着重要角色。为什么？因为C#统一类型系统中的所有其他类型都直接或间接地继承自Object类。这意味着内置的值类型、内置的引用类型以及用户定义的值类型和用户定义的引用类型，都是从Object类派生出来的。

想象一个对象

如果你想更容易地理解对象类型，可以将其想象为“某物”。因为一切都是“某物”，所以一切都是对象。各种值类型和引用类型的代表都是对象。哦不——对象无处不在！;-)

让我们来看看一组适用于所有对象的方法：

• ToString 返回对象的字符串表示形式

• GetType 返回实例的类型

• Equals 检查对象是否等于给定的对象

• GetHashCode 使用哈希函数并返回其结果

由于 Object 类型是所有值类型的基类，这意味着可以将任何值类型的变量（例如，int 或 float）转换为对象类型，也可以将对象类型的变量转换为特定的值类型。这样的操作分别被称为装箱（第一个）和拆箱（另一个），如下所示

int age = 28;object ageBoxing = age;int ageUnboxing = (int)ageBoxing;

尽管前面的代码看起来很简单，但在解包时你应该小心。如果你尝试将ageBoxing强制转换为bool而不是int，代码仍然可以编译，没有任何错误。然而，它会在运行时因System.InvalidCastException错误而失败。附加的消息会告诉你，将System.Int32类型的对象转换为System.Boolean类型是不可能的。

字符串

通常有必要存储一些文本值。你可以使用System命名空间中的内置引用类型String来实现这一点，也可以使用string关键字。String类型是一系列Unicode字符。它可以有零个字符（空字符串）或一个或多个字符，或者字符串变量可以设置为null。

想象一个字符串

如果你想更好地可视化一个字符串，请看这个句子。这是一个字符串！你的名字也是一个字符串。暂时合上这本书，看看窗外。你街道的名字也是一个字符串。不仅如此——甚至车牌号也是一个字符串。这是你在开发应用程序时最常用到的类型之一，所以请仔细阅读这一章和这本书，因为这本书中的所有文本都是字符串！

你可以对字符串对象执行各种操作，比如连接。你还可以使用[]操作符访问特定字符，如下所示://

string firstName = "Marcin", lastName = "Jamro";int year = 1988;string note = firstName + " " + lastName.ToUpper()	 + " was born in " + year;string initials = firstName[0] + "." + lastName[0] + ".";

首先，声明了firstName变量，并将Marcin的值赋给它。同样，Jamro被设置为lastName变量的值。在第三行中，我们使用+操作符连接了五个元素，即firstName的当前值、一个空格、将lastName的当前值转换为大写（通过调用ToUpper方法）、"was born in"字符串（带有额外的空格），以及year的当前值。在最后一行中，使用[]操作符获取firstName和lastName变量的第一个字符，并与两个点号连接形成缩写——即M.J.——这些缩写被存储为initials变量的值。

Format方法也可以用来构造这个字符串，如下所示：

string note = string.Format("{0} {1} was born in {2}",	 firstName, lastName.ToUpper(), year);

在这个例子中，我们指定了一个包含三个格式项的复合格式字符串，分别是firstName（由{0}表示）、大写的lastName（{1}）和年份（{2}）。格式化对象被指定为方法的以下参数。

值得一提的是插值字符串，它使用插值表达式来构造字符串。要使用这种方法创建字符串，应该在"前加上$字符，如下例所示:

string note = $"{firstName} {lastName.ToUpper()} was born in {year}";

插值字符串配备了更多功能，例如指定带有对齐方式的插值表达式（例如，最小10个字符的正数，10值用于右对齐，以及最小10个字符的负数，-10值用于左对齐）或格式字符串（例如：F2用于小数点后有两位数字的浮点数，或：HH:mm用于以小时和分钟呈现时间）。

以下是一些示例代码：

string[] names = ["Marcin", "Adam", "Martyna"];DateTime[] dates = [new(1988, 11, 9), new(1995, 4, 25), new(2003, 7, 24)];float[] temperatures = [36.6f, 39.1f, 35.9f];Console.WriteLine($"{"Name",-8} {"Birth date",10} { "Temp. [C]",11} -> Result");for (int i = 0; i < names.Length; i++){    string line = $"{names[i],-8} {dates[i],10:dd.MM.yyyy} { temperatures[i],11:F1} -> {        temperatures[i] switch        {            > 40.0f => "Very high",            > 37.0f => "High",            > 36.0f => "Normal",            > 35.0f => "Low",            _ => "Very low"        } } "; Console.WriteLine(line);}

这个例子展示了一个简单的表格，其中包含三个人的体温，分别是Marcin、Adam和Martyna，以及他们的出生日期。使用了对齐方式（例如，-8）和格式字符串（例如，dd.MM.yyyy）。此外，应用了带有模式匹配和关系模式的switch表达式来呈现关于体温是否非常高（> 40.0f）、高（> 37.0f）、正常（> 36.0f）、低（> 35.0f）或非常低的额外信息。后者是最终情况，也被称为丢弃模式。这由`_`表示，并匹配所有其他值。

当你执行这段代码时，你将看到以下结果:

正如你所见，C#语言配备了各种可能性，即使是与字符串类型相关的。更重要的是，你可以结合不同的特性，比如字符串插值与switch语句和模式匹配，来创建易于理解和维护的代码。

然而，你应该记住字符串并不是一个典型的引用类型，它的行为与其他引用类型有所不同。当你使用==运算符比较两个字符串变量时，可以看到这种差异。在这里，如果两个字符串实例包含相同的字符序列，那么它们就是相同的，这与值类型的行为类似。

类

如前所述，C# 是一种面向对象的语言，支持声明类以及包括构造函数、终结器、常量、字段、属性、索引器、事件、方法和运算符在内的各种成员，还包括委托。此外，类支持继承和实现接口。静态、抽象、密封和虚拟成员也是可用的。更进一步，类的各个成员可以具有不同的访问级别，通过以下访问修饰符之一来指定：public（公共）、protected（受保护）、internal（内部）、private（私有）和file（文件）。这些访问修饰符与类一起提及，但你应该记住它们也可以用于其他一些类型。

想象一个类

如果你想可视化一个类，可以想象一辆交通工具。每辆交通工具都有些属性，比如品牌、型号、颜色、长度、宽度、高度和重量。交通工具可以执行一些动作，比如行驶一定的距离。你还可以定义更具体的交通工具变体，比如汽车、飞机和船只。每种都有与基础交通工具相同的属性，同时还有些额外的属性，比如汽车有车牌号和燃料类型（例如汽油、柴油或电动），飞机有门的开启动作。你还可以创建这样的类的实例——例如，你可以创建三辆不同型号和车牌号的汽车实例，以及创建一架飞机的实例。然后，你可以对这些实例执行动作。

下面是一个示例类的展示:

public class Person{    private string _location = string.Empty;    public string Name { get; set; }    public required int Age { get; set; }    public Person() => Name = "---";    public Person(string name)    {        Name = name;    }    public void Relocate(string location)    {        if (!string.IsNullOrEmpty(location))        {            _location = location;        }    }    public float GetDistance(string location)    => DistanceHelpers.GetDistance(_location, location);}

Person类包含一个私有字段_location，其默认值设置为空字符串（string.Empty），以及两个公共的自动实现属性（Name和Age）。在编写本书中展示的代码示例时，你会经常使用这些属性，所以让我们稍微停一下来解释它们。

每个属性都是类的一个成员，它提供了一种使用访问器读写属性值的机制：

• get 用于返回属性值

• set 用于为属性分配新值

• init 用于在对象构造时设置值，并防止后续修改

通过组合这些访问器，属性可以处于以下几种情况之一：

• 只读，有 get 访问器但没有 set 访问器

• 只写，有 set 访问器但没有 get 访问器

• 读写，同时具有 get 和 set 访问器

另一个有趣的功能是属性的必需变体，它由在访问修饰符之后紧跟的 required 关键字指定，如 Age 属性所示。它要求客户端代码初始化属性，如果属性应在使用类实例开始时初始化，那么标记属性为必需是一个好主意。还值得注意的是，属性具有访问级别作为访问修饰符之一，包括 public 和 private。

让我们更仔细地看看示例类：

• 它包含一个默认构造函数，该构造函数使用表达式体定义将Name属性的值设置为---。

• 它包含一个接受一个参数的构造函数，并设置Name属性的值。

• 它包含Relocate方法，该方法更新私有字段的值。

• 它包含GetDistance方法，该方法调用DistanceHelpers类中的GetDistance静态方法，并返回两个城市之间的距离，以公里为单位提供。辅助类的实现没有在前面的代码中显示。注意，如果你对如何创建计算城市间距离的实际机制感兴趣，你可以查看第8章，探索图，其中将提到图的这种应用。

你可以使用new运算符创建类的实例。然后，你可以对创建的对象执行各种操作，例如调用一个方法，如下所示:

Person person = new("Martyna") { Age = 20 };person.Relocate("Rzeszow");float distance = person.GetDistance("Warsaw");

随着C#语言仍在开发和改进中，以下版本中引入了一些新的令人惊叹的功能，这些功能也与类有关。例如，在最新版本中，你可以使用一些概念，这些概念使得大幅度减少代码量成为可能。以下代码展示了其中的一些:

public class Person(string name){    private string _location = string.Empty;    public string Name { get; set; } = name;    public required int Age { get; set; }    public void Relocate(string? location) =>        _location = location ?? _location;    public float GetDistance(string location) =>        DistanceHelpers.GetDistance(_location, location);}

前面的代码执行的功能几乎与之前的变体相同，但它甚至更短。如果你也喜欢这样的改进，请继续阅读——你将在本书的剩余章节中看到C#语言的各种可能性。

让我们继续进入下一节，这一节专门讲解记录。

记录(Record)

在C#语言的最新版本中，引入了另一种很棒的引用类型：记录。它们为你提供了封装数据和使用基于值的等价性的内置功能。

这是什么意思？如果两个记录的记录类型定义相同，并且两个记录中每个字段的值都相同，则这两个记录是相等的。这与类不同，在类中，只有当两个实例引用相同的数据时，两个相同的类实例才是相等的。可以使用record或record class关键字定义记录。

值类型记录也存在

值得注意的是，还存在record struct构造。这种构造代表了一个具有类似功能的值类型。然而，在本书中，我将只关注引用类型版本。当然，你也可以自己尝试另一个版本。

记录的一个优点是，由于编译器会自动为记录声明中提供的所有参数（称为位置参数）生成公共的init-only属性（称为位置属性），因此需要编写的代码量较少。还会创建一个与记录声明中的位置参数匹配的主构造函数，以及一个Deconstruct方法，该方法带有一组out参数，每个参数代表一个位置参数。这意味着这种数据类型是以数据为中心的，并且设计为不可变的，提供了简洁明了的语法。

想象一个记录

如果你想可视化一个记录，站起来，照照镜子，专注于你漂亮的T恤。它具有一些属性，比如尺寸（例如，S、M或L）、颜色（例如，白色或红色）和品牌。所有这些属性都是不可变的，所以你不能像不能改变你最喜欢的T恤尺寸一样改变它们，因为它已经生产出来了。所以，就像你漂亮的T恤是数据为中心的，它的属性是不可变的，它是记录的一个很好的代表。在镜子中对自己微笑，然后回到这本书的第一章继续阅读！

让我们来看看下面这个记录声明的例子：

public record Dog(string Name, string Breed, int Height, float Weight, int Age);

就这样！现在，你有了一个包含五个不可变属性（名称、品种、身高、体重和年龄）的记录，以及一个构造函数，它包含五个与记录声明上的位置参数相关的参数。你可以像下面这行代码所示的那样使用它来创建一个新的实例：

Dog rex = new("Rex", "Schnauzer", 40, 11, 5);

这很简单明了，不是吗？此外，您还可以使用编译器生成的ToString方法来使用内置的格式化功能，这在调试时是一个很好的特性，因为您可以轻松看到所有属性的值。要了解其工作原理，请添加以下代码行：

Dog { Name = Rex, Breed = Schnauzer, Height = 40, Weight = 11, Age = 5 }

正如你所见，记录的名称显示了出来，以及以下属性的名称和值。请记住，属性是通过get和init访问器定义的，因此它们的值可以被读取，但在初始化后不能被改变。所以，以下这行代码将会导致编译错误：

rex.Name = "Puppy";

如果你想要改变这种行为，你可以通过在记录声明中使用一个没有位置参数的记录来实现，但是通过使用标准语法定义特定的属性，如下面所示：

public record Dog{     public required string Name { get; set; }     public required string Breed { get; set; }     public required int Height { get; set; }     public required float Weight { get; set; }     public required int Age { get; set; }}

另一个有用的特性是清晰的非破坏性变异语法，它允许你创建一个实例的副本，并在属性值上进行一些修改。你可以使用with表达式来实现这一点，如下所示：

Dog beauty = rex with { Name = "Beauty", Height = 35 };

这里，基于Rex创建了一个代表美的实例。所有属性的值都取自Rex，除了在with关键字后面指定的Name和Height属性。你还需要记住，你可以调整位置属性和使用标准语法创建的属性，这些属性具有init或set访问器。在这种情况下，创建了一个浅拷贝，所以对于值类型，使用了一个副本，而对于引用类型，只复制了引用，因此源属性和目标属性将引用同一个引用类型的实例。

让我们来看看下面这行代码：

(string name, _, _, _, int age) = beauty;

你知道这里发生了什么吗？如果不知道，让我们回顾一下如何解构一个值元组。你也可以解构一个记录类型。在前一行中，你只获取了Name和Age位置属性的值，使用下划线字符表示的丢弃符号忽略其他属性，即_。正如你所见，记录类型配备了许多有用的功能，但还有更多，比如支持继承。