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  • C#9.0新特性详解系列之四:顶级程序语句(Top-Level Programs)

1 背景与动机

通常,如果只想用C#在控制台上打印一行“Hello World!”,这可不是Console.WriteLine("Hello World!");一条语句就可以搞定的,还涉及到其他必要基础代码(如定义类和入口函数Main),例如下面:

using System;
class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello World!");
    }
}

就打印一句“Hello World!”,就这么多代码。这个不仅对于初学者来说麻烦,而且使得代码凌乱,并且增加了缩进层级。为了解决这些问题,就提出了顶级代码语句这个新特性。

2 顶级语句

2.1 介绍

在C#9.0中,将Class的定义和主函数Main的声明省略掉,只写出你的核心业务代码,就成了顶级语句。上面这段代码,我们可以用顶级语句写为:

using System;

Console.WriteLine("Hello World!");

这样,代码简洁清晰了很多,易于初学者理解。是不是有点写Python的感觉?当然,任何语句都是允许的。如果你想返回值,你可以那样做;你想用await,也可以那样做;如果你想访问命令行参数,args也是可用的;你想使用本地函数,也是可以的。

虽然可以使用任何代码,但是有一些规则要求必须遵守:

  • 顶级语句必须放在using语句代码后面

  • 顶级语句必须用在任何类型或者命名空间声明的前面

  • 顶级语句只能写在一个源代码文件里,像如今只能写一个main方法一样。

  • 顶级语句中定义的本地函数和变量,在顶级代码段外部的任何地方调用他们都会产生错误。

下面这段代码就是一个比较好的示例:

using static System.Console;
using System.Threading.Tasks;

WriteLine("Hello,");
Print(args[0]);
await Task.Delay(1000);
return 0;

void Print(string arg)
{
    WriteLine(arg);
}

2.2 原理

我们知道,C#作为面向对象的编程语言,一切类型都是面向对象的,要有类型和成员定义。顶级语句表面看着好像违反了这一规则,实际上没有。这是因为,顶级语句最终还是在编译的时候,被作为全局命空间中Program类的Main方法体中一段代码一起自动生成。如下所示:

static class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        // 顶级语句
    }
}

需要注意的是,这里的类名Program和方法名Main只是用来举例,其实在编译器生成的不是这个名字。我们可以通过查看IL代码确认这一点:
IL截图

根据在顶级语句中是否有异步操作和返回值的情况,生成的入口函数签名也是不同的。具体如下面表格所示:

  存在返回值 不存在返回值
存在异步 async static Task<int> Main(string[] args) async static Task Main(string[] args)
不存在异步 static int Main(string[] args) static void Main(string[] args)

例如上面代码,生成的入口函数<Main>$就如下代码所示:

static class Program
{
    async static Task<int> Main(string[] args)
    {
        WriteLine("Hello");
        Print(args[0]);
        await Task.Delay(1000);
        return 0;

        void Print(string arg)
        {
            WriteLine(arg);
        }
    }
}

3 结束语

使用顶级语句能简化我们的编码工作,使代码看起来简洁清晰,对初学者也很友好,本质上也未改变C#的语言的原有的语法结构,任何语句都可以使用,没有产生额外的限制,从这些方面来说,是一个值得肯定的变化。

 

 

 



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