【微软技术栈】C#.NET 发展趋势 [2023]

   

摘 要​

本页介绍了 C# 语言每个主要版本的发展历史。 C# 团队将继续创新，以添加新功能。 可以在 GitHub 上的 dotnet/roslyn 存储库上找到详细的语言功能状态，包括考虑在即将发布的版本中添加的功能。

1、C# 语言简介

C#（读作“See Sharp”）是一种新式编程语言，不仅面向对象，还类型安全。 开发人员利用 C# 能够生成在 .NET 中运行的多种安全可靠的应用程序。 C# 源于 C 语言系列，C、C++、Java 和 JavaScript 程序员很快就可以上手使用。 本教程概述了 C# 8 及更高版本中该语言的主要组件。 如果想要通过交互式示例探索语言，请尝试 C# 简介教程。

C# 是面向对象的、面向组件的编程语言。 C# 提供了语言构造来直接支持这些概念，让 C# 成为一种非常自然的语言，可用于创建和使用软件组件。 自诞生之日起，C# 就添加了支持新工作负载和新兴软件设计实践的功能。 C# 本质上是面向对象的语言。 你需要定义类型及其行为。

多项 C# 功能有助于创建可靠且持久的应用程序。 垃圾回收自动回收不可访问的未用对象所占用的内存。 可以为 null 的类型可防范不引用已分配对象的变量。 异常处理提供了一种结构化且可扩展的方法来进行错误检测和恢复。 Lambda 表达式支持函数编程技术。 语言集成查询 (LINQ) 语法创建一个公共模式，用于处理来自任何源的数据。 异步操作语言支持提供用于构建分布式系统的语法。 C# 有统一类型系统。 所有 C# 类型（包括 int 和 double 等基元类型）均继承自一个根 object 类型。 所有类型共用一组通用运算。 任何类型的值都可以一致地进行存储、传输和处理。 此外，C# 还支持用户定义的引用类型和值类型。 C# 允许动态分配轻型结构的对象和内嵌存储。 C# 支持泛型方法和类型，因此增强了类型安全性和性能。 C# 可提供迭代器，使集合类的实现者可以定义客户端代码的自定义行为。

C# 强调版本控制，以确保程序和库以兼容方式随时间推移而变化。 C# 设计中受版本控制加强直接影响的方面包括：单独的 virtual 和 override 修饰符，关于方法重载决策的规则，以及对显式接口成员声明的支持。

2、.NET 体系结构

C# 程序在 .NET 上运行，而 .NET 是名为公共语言运行时 (CLR) 的虚执行系统和一组类库。 CLR 是 Microsoft 对公共语言基础结构 (CLI) 国际标准的实现。 CLI 是创建执行和开发环境的基础，语言和库可以在其中无缝地协同工作。

用 C# 编写的源代码被编译成符合 CLI 规范的中间语言 (IL)。 IL 代码和资源（如位图和字符串）存储在扩展名通常为 .dll 的程序集中。 程序集包含一个介绍程序集的类型、版本和区域性的清单。

执行 C# 程序时，程序集将加载到 CLR。 CLR 会直接执行实时 (JIT) 编译，将 IL 代码转换成本机指令。 CLR 可提供其他与自动垃圾回收、异常处理和资源管理相关的服务。 CLR 执行的代码有时称为“托管代码”。而“非托管代码”被编译成面向特定平台的本机语言。

语言互操作性是 .NET 的一项重要功能。 C# 编译器生成的 IL 代码符合公共类型规范 (CTS)。 通过 C# 生成的 IL 代码可以与通过 .NET 版本的 F#、Visual Basic、C++ 生成的代码进行交互。 还有 20 多种与 CTS 兼容的语言。 单个程序集可包含多个用不同 .NET 语言编写的模块。 这些类型可以相互引用，就像它们是用同一种语言编写的一样。

除了运行时服务之外，.NET 还包含大量库。 这些库支持多种不同的工作负载。 它们已整理到命名空间中，这些命名空间提供各种实用功能。 这些功能包括文件输入输出、字符串控制、XML 分析、Web 应用程序框架和 Windows 窗体控件。 典型的 C# 应用程序广泛使用 .NET 类库来处理常见的“管道”零碎工作。

3、各版本新增功能

C# 版本 11

发布日期：2022 年 11 月

C# 11 中增加了以下功能：

• 原始字符串字面量
• 泛型数学支持
• 泛型属性
• UTF-8 字符串字面量
• 字符串内插表达式中的换行符
• 列表模式
• 文件本地类型
• 必需的成员
• 自动默认结构
• 常量 string 上的模式匹配 Span
• 扩展的 nameof 范围
• 数值 IntPtr
• ref 字段和 scoped ref
• 改进了方法组向委托的转换
• 警告波 7

C# 11 引入了泛型数学以及支持该目标的几个功能。 可以为所有数字类型编写一次数值算法。 有更多功能可简化 struct 类型处理，例如所需成员和自动默认结构。 使用原始字符串文本、字符串内插中的换行符和 UTF-8 字符串文本可以更轻松地处理字符串。 文件本地类型等功能使源生成器更简单。 最后，列表模式添加了对模式匹配的更多支持。

C# 10.0 版

发布日期：2021 年 11 月

C# 10 向 C# 语言添加了以下功能和增强功能：

• 记录结构
• 结构类型的改进
• 内插字符串处理程序
• global using 指令
• 文件范围的命名空间声明
• 扩展属性模式
• 对 Lambda 表达式的改进
• 可使用 const 内插字符串
• 记录类型可密封 ToString()
• 改进型明确赋值
• 在同一析构中可同时进行赋值和声明
• 可在方法上使用 AsyncMethodBuilder 属性
• CallerArgumentExpression 属性
• 增强的 #line pragma

预览模式下提供了更多功能。 为了使用这些功能，需要在项目中将  设置为 Preview：

• 本文后面的泛型属性。
• 接口中的静态抽象成员

C# 10 继续致力于删除不必要的模式、将数据与算法分离以及提高 .NET 运行时的性能等主题。

许多功能意味着可以通过键入更少的代码来表达相同的概念。 记录结构合并了许多记录类所使用的相同方法。 结构和匿名类型支持 with 表达式。 全局 using 指令和文件范围的命名空间声明意味着可以更清楚地表达依赖项和命名空间组织。 Lambda 改进后，使得在使用 Lambda 表达式时可以更容易地声明它们。 新的属性模式和析构改进可创建更简洁的代码。

新的内插字符串处理程序和 AsyncMethodBuilder 行为可提高性能。 在 .NET 运行时中应用了这些语言功能来实现 .NET 6 中的性能改进。

C# 10 还标志着每年 .NET 发布节奏的更多转变。 因为不是每项功能都可以在一年内完成，因此你可以尝试 C# 10 中的几项“预览”功能。 泛型属性和接口中的静态抽象成员均可使用，但这些是预览功能，在最终发布之前可能会发生更改。

C# 9.0 版

发布日期：2020 年 11 月

C# 9 随 .NET 5 一起发布。 它是面向 .NET 5 版本的任何程序集的默认语言版本。 它包含以下新功能和增强功能：

• 记录
• 仅限 Init 的资源库
• 顶级语句
• 模式匹配增强功能
• 性能和互操作性
  • 本机大小的整数
  • 函数指针
  • 禁止发出 localsinit 标志
• 调整和完成功能
  • 目标类型的 new 表达式
  • static 匿名函数
  • 目标类型的条件表达式
  • 协变返回类型
  • 扩展 GetEnumerator 支持 foreach 循环
  • Lambda 弃元参数
  • 本地函数的属性
• 支持代码生成器
  • 模块初始值设定项
  • 分部方法的新功能

C# 9 继续以前版本中的三大主题：删除不必要的模式、将数据与算法分离，以及在更多位置提供更多模式。

顶级语句意味着主程序将更易于读取。 减少了不必要的模式：命名空间、Program 类和 static void Main() 都是不必要的。

records 的引入为遵循值语义的引用类型提供了简洁的语法，以实现相等性。 你将使用这些类型来定义通常定义最小行为的数据容器。 仅限 Init 的资源库在记录中提供了非破坏性修改功能（with 表达式）。 C# 9 还添加了协变返回类型，以便派生记录可以重写虚拟方法，并返回从基方法的返回类型派生的类型。

模式匹配功能以多种方式进行了扩展。 数值类型现在支持范围模式。 可以使用 and、or 和 not 模式组合模式。 可以通过添加括号来阐明更复杂的模式。

另一组功能支持 C# 中的高性能计算：

• nint 和 nuint 类型对目标 CPU 上的本机大小整数类型进行建模。
• 函数指针提供类似委托的功能，同时避免创建委托对象所需的分配。
• localsinit 指令可以省略以保存指令。

另一组改进支持代码生成器添加功能的场景：

• 模块初始化表达式是程序集加载时运行时调用的方法。
• 分部方法支持新的可访问修饰符和非 void 返回类型。 在这些情况下，必须提供一个实现。

C# 9 添加了许多其他小功能，提高了开发人员的工作效率，包括编写和读取代码：

• 目标类型 new 表达式
• static 匿名函数
• 目标类型的条件表达式
• 扩展 GetEnumerator() 支持 foreach 循环
• Lambda 表达式可以声明弃元参数
• 特性可应用于本地函数

C# 9 版本继续致力于让 C# 成为一种新式通用编程语言。 功能继续支持新式工作负载和应用程序类型。

C# 8.0 版

发布日期：2019 年 9 月

C# 8.0 版是专门面向 .NET C# Core 的第一个主要 C# 版本。 一些功能依赖于新的 CLR 功能，而其他功能依赖于仅在 .NET Core 中添加的库类型。 C# 8.0 向 C# 语言添加了以下功能和增强功能：

• Readonly 成员
• 默认接口方法
• 模式匹配增强功能：
  • switch 表达式
  • 属性模式
  • 元组模式
  • 位置模式
• Using 声明
• 静态本地函数
• 可处置的 ref 结构
• 可为空引用类型
• 异步流
• 索引和范围
• Null 合并赋值
• 非托管构造类型
• 嵌套表达式中的 Stackalloc
• 内插逐字字符串的增强功能

默认接口成员需要 CLR 中的增强功能。 这些功能已添加到 .NET Core 3.0 的 CLR 中。 范围和索引以及异步流需要 .NET Core 3.0 库中的新类型。 在编译器中实现时，可为 null 的引用类型在批注库时更有用，因为它可以提供有关参数和返回值的 null 状态的语义信息。 这些批注将添加到 .NET Core 库中。

C# 7.3 版

发布日期：2018 年 5 月

C# 7.3 版本有两个主要主题。 第一个主题提供使安全代码的性能与不安全代码的性能一样好的功能。 第二个主题提供对现有功能的增量改进。 此外，此版本中还添加了新的编译器选项。

以下新增功能支持使安全代码获得更好的性能的主题：

• 无需固定即可访问固定的字段。
• 可以重新分配 ref 本地变量。
• 可以使用 stackalloc 数组上的初始值设定项。
• 可以对支持模式的任何类型使用 fixed 语句。
• 可以使用更多泛型约束。

对现有功能进行了以下增强：

• 可以使用元组类型测试 == 和 !=。
• 可以在多个位置使用表达式变量。
• 可以将属性附加到自动实现的属性的支持字段。
• 由 in 区分的参数的方法解析得到了改进。
• 重载解析的多义情况现在变得更少。

新的编译器选项为：

• -publicsign，用于启用程序集的开放源代码软件 (OSS) 签名。
• -pathmap用于提供源目录的映射。

C# 7.2 版

发布日期：2017 年 11 月

C# 7.2 版添加了几个小型语言功能：

• stackalloc 数组上的初始值设定项。
• 对支持模式的任何类型使用 fixed 语句。
• 无需固定即可访问固定的字段。
• 重新分配 ref 本地变量。
• 声明 readonly struct 类型，以指示结构不可变且应作为 in 参数传递到其成员方法。
• 在实参上添加 in 修饰符，以指定形参通过引用传递，但不通过调用方法修改。
• 对方法返回项使用 ref readonly 修饰符，以指示方法通过引用返回其值，但不允许写入该对象。
• 声明 ref struct 类型，以指示结构类型直接访问托管的内存，且必须始终分配有堆栈。
• 使用其他泛型约束。
• 非尾随命名参数
  • 命名的参数可后接位置参数。
• 数值文字中的前导下划线
  • 数值文字现可在任何打印数字前放置前导下划线。
• private protected 访问修饰符
  • private protected 访问修饰符允许访问同一程序集中的派生类。
• 条件 ref 表达式
  • 现在可以引用条件表达式 (?:) 的结果。

C# 7.1 版

发布日期：2017 年 8 月

C# 已开始随 C# 7.1 发布单点发行 。 此版本增加了语言版本选择配置元素、三个新的语言功能和新的编译器行为。

此版本中新增的语言功能包括：

• asyncMain 方法
  • 应用程序的入口点可以含有 async 修饰符。
• default 文本表达式
  • 在可以推断目标类型的情况下，可在默认值表达式中使用默认文本表达式。
• 推断元组元素名称
  • 在许多情况下，可通过元组初始化来推断元组元素的名称。
• 泛型类型参数的模式匹配
  • 可以对类型为泛型类型参数的变量使用模式匹配表达式。

最后，编译器有 -refout 和 -refonly 两个选项，可用于控制引用程序集生成

C# 7.0 版

发布日期：2017 年 3 月

C# 7.0 版已与 Visual Studio 2017 一起发布。 此版本继承和发展了 C# 6.0。 以下介绍了部分新增功能：

• out 变量
• 元组和析构函数
• 模式匹配
• 本地函数
• 已扩展 expression bodied 成员
• ref 局部变量
• 引用返回

其他功能包括：

• 弃元
• 二进制文本和数字分隔符
• 引发表达式

所有这些功能都为开发者提供了新功能，帮助编写比以往任何时候都简洁的代码。 重点是缩减了使用 out 关键字的变量声明，并通过元组实现了多个返回值。 .NET Core 现在面向所有操作系统，着眼于云和可移植性。 语言设计者除了推出新功能外，也会在这些新功能方面付出时间和精力。

C# 6.0 版

发布日期：2015 年 7 月

版本 6.0 随 Visual Studio 2015 一起发布，发布了很多使得 C# 编程更有效率的小功能。 以下介绍了部分功能：

• 静态导入
• 异常筛选器
• 自动属性初始化表达式
• Expression bodied 成员
• Null 传播器
• 字符串内插
• nameof 运算符

其他新功能包括：

• 索引初始化表达式
• Catch/Finally 块中的 Await
• 仅限 getter 属性的默认值

这些功能每一个都很有趣。 但从整体来看，可以发现一个有趣的模式。 在此版本中，C# 开始消除语言样本，让代码更简洁且更具可读性。 所以对喜欢简洁代码的用户来说，此语言版本非常成功。

除了发布此版本，他们还做了另一件事，虽然这件事本身与传统的语言功能无关。 他们发布了 Roslyn 编译器即服务。 C# 编译器现在是用 C# 编写的，你可以使用编译器作为编程工作的一部分。

C# 5.0 版

发布日期：2012 年 8 月

C# 版本 5.0 随 Visual Studio 2012 一起发布，是该语言有针对性的一个版本。 对此版本中所做的几乎所有工作都归入另一个突破性语言概念：适用于异步编程的 async 和 await 模型。 下面是主要功能列表：

• 异步成员
• 调用方信息特性
• 代码工程：C# 5.0 中的调用方信息属性

调用方信息特性让你可以轻松检索上下文的信息，不需要采用大量样本反射代码。 这在诊断和日志记录任务中也很有用。

但是 async 和 await 才是此版本真正的主角。 C# 在 2012 年推出这些功能时，将异步引入语言作为最重要的组成部分，另现状大为改观。 如果你以前处理过冗长的运行操作以及实现回调的 Web，应该会爱上这项语言功能。

C# 4.0 版

发布日期：2010 年 4 月

C# 版本 4.0 随 Visual Studio 2010 一起发布，很难达到版本 3.0 的创新水平。 此版本引入了一些有趣的新功能：

• 动态绑定
• 命名参数/可选参数
• 泛型协变和逆变
• 嵌入的互操作类型

嵌入式互操作类型缓解了为应用程序创建 COM 互操作程序集的部署难题。 泛型协变和逆变提供了更强的功能来使用泛型，但风格比较偏学术，应该最受框架和库创建者的喜爱。 命名参数和可选参数帮助消除了很多方法重载，让使用更方便。 但是这些功能都没有完全改变模式。

主要功能是引入 dynamic 关键字。 在 C# 4.0 版中引入 dynamic 关键字让用户可以替代编译时类型上的编译器。 通过使用 dynamic 关键字，可以创建和动态类型语言（例如 JavaScript）类似的构造。 可以创建 dynamic x = "a string" 再向它添加六个，然后让运行时理清下一步操作。

动态绑定存在出错的可能性，不过同时也为你提供了强大的语言功能。

C# 3.0 版

发布日期：2007 年 11 月

C# 3.0 版和 Visual Studio 2008 一起发布于 2007 年下半年，但完整的语言功能是在 .NET Framework 3.5 版中发布的。 此版本标示着 C# 发展过程中的重大更改。 C# 成为了真正强大的编程语言。 我们来看看此版本中的一些主要功能：

• 自动实现的属性
• 匿名类型
• 查询表达式
• Lambda 表达式
• 表达式树
• 扩展方法
• 隐式类型本地变量
• 分部方法
• 对象和集合初始值设定项

回顾过去，这些功能中大多数似乎都是不可或缺，难以分割的。 它们的组合都是经过巧妙布局。 我们认为 C# 版本的杀手锏是查询表达式，也就是语言集成查询 (LINQ)。

LINQ 的构造可以建立在更细微的视图检查表达式树、Lambda 表达式以及匿名类型的基础上。 不过无论如何 C# 3.0 都提出了革命性的概念。 C# 3.0 开始为 C# 转变为面向对象/函数式混合语言打下基础。

具体来说，你现在可以编写 SQL 样式的声明性查询对集合以及其他项目执行操作。 无需再编写 for 循环来计算整数列表的平均值，现在可改用简单的 list.Average() 方法。 组合使用查询表达式和扩展方法让各种数字变得智能多了。

C# 2.0 版

发布日期：2005 年 11 月

让我们看看 C# 2.0（2005 年发布）和 Visual Studio 2005 中的一些主要功能：

• 泛型
• 分部类型
• 匿名方法
• 可以为 null 的值类型
• 迭代器
• 协变和逆变

除现有功能以外的其他 C# 2.0 功能：

• getter/setter 单独可访问性
• 方法组转换（委托）
• 静态类
• 委托推断

C# 一开始是面向对象的 (OO) 通用语言，而 C# 2.0 版很快改变了这一点。 通过泛型，类型和方法可以操作任意类型，同时保持类型安全性。 例如，通过 List，将获得 List 或 List 并且可以对这些字符串或整数执行类型安全操作，同时对其进行循环访问。 使用泛型优于创建派生自 ArrayList 的 ListInt 类型，也优于从每个操作的 Object 强制转换。

C# 2.0 版引入了迭代器。 简单来说，迭代器允许使用 foreach 循环来检查 List（或其他可枚举类型）中的所有项。 拥有迭代器是该语言最重要的一部分，显著提升了语言的可读性以及人们推出代码的能力。

不过 C# 依然在追赶 Java 的道路上。 当时 Java 已发布包含泛型和迭代器的版本。 但是随着语言各自的演化，形势很快发生了变化。

C# 1.2 版

发布日期：2003 年 4 月

随 Visual Studio .NET 2003 一起提供的 C# 版本 1.2。 它对语言做了一些小改进。 最值得注意的是，从此版本开始，当 IEnumerator 实现 IDisposable 时，foreach 循环中生成的代码会在 IEnumerator 上调用 Dispose。

C# 1.0 版

发布日期：2002 年 1 月

回想起来，和 Visual Studio .NET 2002 一起发布的 C# 版本 1.0 非常像 Java。 作为 ECMA 既定设计目标的一部分，其目标是成为一种“简单、现代、通用的面向对象的语言”。当时，看起来像 Java 意味着它实现了早期的设计目标。

不过如果现在回顾 C# 1.0，你会觉得有点晕。 它没有习以为常的内置异步功能和以泛型为中心的巧妙功能。 其实它完全不具备泛型。 那 LINQ 呢？ 尚不可用。 这些新增内容需要几年才能推出。

与现在的 C# 相比，C# 1.0 版少了很多功能。 你会发现自己的代码很冗长。 不过凡事总要有个开始。 在 Windows 平台上，C# 1.0 版是 Java 的一个可行的替代之选。

C# 1.0 的主要功能包括：

• 类
• 结构
• 接口
• 事件
• 属性
• 委托
• 运算符和表达式
• 语句
• 特性   

4、未来​发展趋势

随着C#.NET的免费开源，近两年全球使用量急速上升， 根据TIOBE Index - TIOBE上的最新统计结果显示，已经冲入前5名。如果继续保持当前增速，未来几年内有望超过java语言，即将迎来C# .NET的春天。