语法、类型系统与内存语义

C# 是静态、强类型语言，但“静态”不等于所有类型都必须手写，“值类型”也不等于永远位于栈上。真正重要的是赋值和传参时复制了什么、对象是否被共享，以及编译器能否证明一次操作安全。

一、学习目标

理解静态类型、类型推断和运行时类型
区分值类型与引用类型的复制语义
掌握数值、枚举、字符串和可空值类型
理解装箱、拆箱与模式匹配
避免把 var、dynamic 和 object 混为一谈
为任务建立第一版数据表示

二、静态类型与类型推断

string title = "阅读 C# 文档";
var count = 3;                  // 编译期推断为 int
object boxedTitle = title;      // 静态类型是 object

var 不会把变量变成动态类型。编译器在声明位置确定其静态类型，此后 count 仍只能按 int 使用。公开 API 的参数和返回值应显式表达契约，局部变量则可在右侧类型清楚时使用 var。

dynamic 会把成员绑定推迟到运行时：

dynamic value = GetExternalValue();
Console.WriteLine(value.MissingMember); // 编译通过，运行时可能失败

除 COM、动态语言互操作等明确边界外，不要用 dynamic 绕过建模和验证。

三、值类型与引用类型

值类型变量保存值；赋值通常复制整个值。引用类型变量保存对象引用；赋值复制引用，因此两个变量可能指向同一对象。

int first = 10;
int second = first;
second++;
Console.WriteLine(first); // 10

var a = new List<string> { "阅读文档" };
var b = a;
b.Add("编写测试");
Console.WriteLine(a.Count); // 2

struct、数值、bool、char、枚举和可空值类型属于值类型；class、数组、委托、接口和 string 属于引用类型。

不要用“值类型一定在栈、引用类型一定在堆”解释语义。JIT、闭包、字段布局和逃逸情况都会影响实际存储位置；语言层面应先关注复制和共享。

四、数值与转换

int completed = 3;
int total = 5;
decimal ratio = (decimal)completed / total;
Console.WriteLine($"{ratio:P0}"); // 60%

整数相除仍得到整数。金融或十进制定点业务通常使用 decimal；科学计算常用 double。外部文本应通过 TryParse 转换：

if (!int.TryParse(input, out int taskId) || taskId <= 0)
{
    Console.Error.WriteLine("任务 ID 必须为正整数");
    return 2;
}

显式转换可能截断或溢出。需要检测时使用 checked：

int next = checked(current + delta);

五、枚举不是完整校验

public enum TaskStatus
{
    Todo,
    Done
}

枚举底层是数值，强制转换可以产生未声明值：

TaskStatus status = (TaskStatus)99;
Console.WriteLine(status); // 99

因此从数据库、JSON 或命令行读取枚举时仍要验证。协议边界若要求稳定文本，显式映射 "todo" 与 "done"，不要依赖成员名称永远不变。

六、字符串与字符

string 是引用类型，但不可变。修改字符串会创建新值：

string title = "  阅读 C# 文档  ";
string cleanTitle = title.Trim();
Console.WriteLine(title.Length > cleanTitle.Length); // True

比较面向机器的标识符时明确使用序数规则：

bool same = string.Equals(
    actual,
    expected,
    StringComparison.OrdinalIgnoreCase);

面向用户的排序和显示可能需要指定文化。不要让当前机器区域设置隐式决定配置键、协议值和文件格式。

大量循环拼接使用 StringBuilder；少量插值优先使用清晰的 $"..."。原始字符串适合内嵌 JSON 或 SQL：

string json = """
{
  "title": "阅读 C# 文档",
  "status": "todo"
}
""";

七、可空值类型

值类型默认不能为 null，可用 T? 表示缺失：

DateTimeOffset? completedAt = null;

if (completedAt is { } timestamp)
{
    Console.WriteLine(timestamp.ToString("O"));
}

int? 是 Nullable<int> 的语法糖。GetValueOrDefault 会把缺失值变成默认值，可能丢失“未提供”和“明确为零”的区别，因此只在业务语义允许时使用。

空合并运算符可以提供默认值或抛出异常：

string name = configuredName ?? "StudyTasks";
string token = configuredToken
    ?? throw new InvalidOperationException("缺少 API Token");

引用类型的可空分析将在后续专篇讨论。

八、装箱、拆箱与模式匹配

把值类型赋给 object 或接口变量时可能装箱：

int id = 42;
object boxed = id;
int restored = (int)boxed;

拆箱要求运行时类型精确匹配，不能把装箱的 int 直接拆成 long。频繁装箱会带来分配和类型不透明，通用容器应优先使用泛型。

处理未知对象时使用模式匹配：

static string Describe(object? value) => value switch
{
    null => "缺失",
    int n when n > 0 => $"正整数 {n}",
    string { Length: > 0 } text => $"文本 {text}",
    _ => $"其他类型 {value.GetType().Name}"
};

模式既检查类型又引入正确静态类型，通常比手工 is 后强制转换更清晰。

九、任务的第一版表示

先用元组表达短暂的局部组合：

var task = (
    Id: 1,
    Title: "阅读 C# 文档",
    Status: TaskStatus.Todo);

Console.WriteLine($"{task.Id}: {task.Title} [{task.Status}]");

元组适合局部返回值，不适合作为跨层领域契约。随着校验、更新时间和行为增加，后续会迁移到不可变 record。

十、常见错误

认为 `var` 会关闭类型检查

var 只是省略重复类型名。真正推迟检查的是 dynamic，其失败会从编译期移动到运行时。

通过 `ToString()` 序列化业务协议

数字、日期和枚举的 ToString() 可能受文化或重命名影响。协议必须使用指定格式和显式映射。

把引用复制误认为对象复制

var copy = originalList 只复制引用。需要快照时使用 ToArray、集合构造器或定义明确的深复制策略。

用 `object` 代替泛型

这会丢失静态契约并引入装箱和转换。若容器元素类型一致，应使用 List<T>、Dictionary<TKey,TValue> 等泛型。

十一、练习与自测

练习：

解析任务 ID，拒绝空值、非数字、零和负数。
定义 TaskStatus，实现稳定的 "todo"/"done" 双向映射。
演示列表引用共享，再创建独立快照。
用 switch 表达式描述 null、正整数和非空字符串。

自测：

var、object 和 dynamic 的检查时机有何不同？
值类型与引用类型最重要的语义差异是什么？
为什么不能用“都在栈上”定义值类型？
装箱后的 int 为什么不能直接拆箱为 long？

十二、官方资料

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