歷史回顧 - C# 8 新功能盤點

2025-09-01 09:32 PM

三年前趁著讀 C# In Depth 看完 C# 7，C# 8.0 是 2019 年推出的，所這是篇晚了六年的開箱文(嚴格來說是考古文)，但既然靠 C# 吃飯，就像缺了必修學分，該補修就得補修，我打算一路補到 C# 13。時代不同了，現在多了 AI 伴讀，一些深澀少用的功能 LLM 也能解釋得明明白白，學習程式語言邁入了新紀元。(雖然很多人心中所謂新紀元是以後再也不用學程式語言，噗)

參考來源：微軟官方文件 C# 8.0 版

C# 8.0 跟過往最大的不同是它是第一個專門針對 .NET Core 的 C# 版本 (當時是 .NET Core 3.0)，增加或強化重點如下：

唯讀成員
在 C# 8 之前可以宣告 public readonly struct StructName 將整個結構宣告為唯讀，C# 8.0 可只將特定成員方法/屬性/索引子/覆寫 System.Object 方法(例如：ToString())宣告為唯讀。在編譯階段阻止對結構內容的不當修改，例如以下的例子，Display() 可以 X++，在 ReadonlyDisplay() X++ 會產生編譯錯誤：

但要注意，在唯讀成員呼叫非唯讀方法時會產生防護性副本，以避免修改到原始結構執行個體，這可能衍生效率問題。

public struct Accumulator
{
    private int x;
    public Accumulator(int x) => this.x = x;

    // 非 readonly：可能修改狀態
    public void Increment()
    {
        x++; // 修改欄位
    }

    // readonly：承諾不修改原實例
    public readonly int Total()
    {
        // 這裡呼叫非 readonly 方法，編譯器會對 this 產生防護性副本，
        // 並在「副本」上呼叫 Increment()，原本的 this 不會被修改
        // 編譯器 warning CS8656: 從 'readonly' 成員呼叫非 readonly 成員
        // 'Accumulator.Increment()' 會 產生 'this' 的隱含複本。
        Increment();
        return x; // 注意：這裡取的是原始 this 的 x 值
    }
}

預設介面方法
介面也可以像抽象類別一樣加入實作邏輯，例如：

 // 定義介面，並給予部分方法預設實作
 public interface IMyInterface
 {
     void SayHello(); // 純宣告
     // 預設實作的方法
     void SayWelcome()
     {
         Console.WriteLine("Welcome from interface!");
     }
 }

 // 實作介面的類別
 public class MyClass : IMyInterface
 {
     // 必須實作沒有預設實作的方法
     public void SayHello()
     {
         Console.WriteLine("Hello from class!");
     }
 }

 class Program
 {
     static void Main()
     {
         MyClass obj = new MyClass();
         obj.SayHello(); // 只能直接呼叫類別實作的方法

         // 轉為介面型別，呼叫預設介面方法
         IMyInterface iobj = obj;
         iobj.SayWelcome();
     }
 }

模式比對增強功能：

switch 運算式
屬性模式
Tuple 模式
位置模式老朋友 switch ... case ... 多了許多新奇玩法：

using System;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        // 1. switch 運算式
        var shape = new Circle { Radius = 5 };
        Console.WriteLine(GetShapeDescription(shape)); // 輸出: Circle with radius 5

        // 2. 屬性模式
        var person = new Person { Name = "Alice", Age = 20 };
        Console.WriteLine(CategorizePerson(person)); // 輸出: Adult

        // 3. Tuple 模式
        var weather = ("Rainy", 12);
        Console.WriteLine(WeatherAdvice(weather)); // 輸出: Bring an umbrella and coat

        // 4. 位置模式
        Console.WriteLine(DescribePoint(new Point(0, 0))); // 輸出: Origin
        Console.WriteLine(DescribePoint(new Point(3, 0))); // 輸出: On X axis at 3
        Console.WriteLine(DescribePoint(new Point(0, 4))); // 輸出: On Y axis at 4
        Console.WriteLine(DescribePoint(new Point(2, 3))); // 輸出: At (2, 3)
    }

    // 1. switch 運算式
    static string GetShapeDescription(Shape shape) =>
        // switch 可依據 shape 的類型執行不同邏輯
        shape switch
        {
            Circle c         => $"Circle with radius {c.Radius}",
            Rectangle r      => $"Rectangle {r.Width} x {r.Height}",
            _                => "Unknown shape"
        };

    // 2. 屬性模式
    static string CategorizePerson(Person p) =>
        p switch
        {
            // 依據 Person 的屬性執行不同邏輯
            { Name: null }         => "Anonymous",
            { Age: < 13 }          => "Child",
            { Age: >= 13 and < 18 }=> "Teenager",
            { Age: >= 18 }         => "Adult",
            _                      => "Unknown"
        };

    // 3. Tuple 模式
    static string WeatherAdvice((string condition, int temperature) weather) =>
        // 以 Tuple 傳入多個值，分別利用判斷
        weather switch
        {
            ("Sunny", _)              => "Wear sunglasses",
            ("Rainy", int t) when t < 15 => "Bring an umbrella and coat",
            ("Rainy", _)              => "Bring an umbrella",
            _                         => "Have a nice day"
        };

    // 4. 位置模式
    static string DescribePoint(Point p) =>
        p switch
        {
            (0, 0)      => "Origin",
            (0, var y)  => $"On Y axis at {y}",
            (var x, 0)  => $"On X axis at {x}",
            _           => $"At ({p.X}, {p.Y})"
        };
}

// 幾何圖形 base class & derived
abstract class Shape {}
class Circle : Shape { public int Radius { get; set; } }
class Rectangle : Shape { public int Width { get; set; } public int Height { get; set; } }

// Person 類，呈現屬性模式
class Person { public string? Name { get; set; } public int Age { get; set; } }

// Point 結構 (適合展示位置模式)
public readonly struct Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }

    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
    // 位置模式需要實作 Deconstruct 方法
    public void Deconstruct(out int x, out int y) => (x, y) = (X, Y);
}
// 若為 C# 9.0 可使用 record struct，自動實作 Deconstruct 方法
// public record struct Point(int X, int Y);

Using 宣告免加大括號
可省去打字及縮排，讓程式更簡潔，下例中的 reader 會在區域變數範圍終點 Dispose()，也就是 LoadNumbers() 方法的結尾處。

static IEnumerable<int> LoadNumbers(string filePath)
{
    using StreamReader reader = File.OpenText(filePath);

    var numbers = new List<int>();
    string line;
    while ((line = reader.ReadLine()) is not null)
    {
        if (int.TryParse(line, out int number))
        {
            numbers.Add(number);
        }
    }
    return numbers;
}

靜態區域函式
跟一般區域函式差在無法捕獲外部變數，不會產生閉包(Closure)，有助於提升效能。

public static void Main()
{
    int factor = 3;
    int result = Add(5, 10);
    Console.WriteLine($"加總結果: {result}");

    // 靜態區域函式Bin
    static int Add(int a, int b)
    {
        // 無法存取外部區域變數 (如 factor)
        // 所有用到的資料都靠參數傳遞
        return a + b; 
    }
}

可處置的(Disposable) ref struct
在 C# 8.0 起，只要 ref struct 內部定義一個 public void Dispose() 方法，不需要實作 IDisposable 介面，也可以直接用在 using 語句或 using 宣告中，達到 Deterministic Cleanup (確定性清除資源)的效果。
Nullable Reference Types
原本 Reference Type 如 string、object 的預設值為 null，但在程式中要時時檢查其值是否為 null 實在太煩了，NullReferenceException 又是超常見的系統爆炸原因，故 C# 8.0 加入了 Nullable Reference Types 的概念，將 string 等型別預設成不允許 null，若要允許需寫成 string? s = null;。這個改變剛從 .NET 4.x 升到 .NET Core/.NET 6+ 時保證很有感，想不發現也難 😄。【延伸閱讀】C# 8 的 Nullable Reference Types by Huanlin 學習筆記

非同步資料流(Asynchronous Streams)
把 async/await 的概念延伸到 IEnumerable，新增 IAsyncEnumerable 同步產生與消費資料，不需要等待所有資料都準備好才處理。這項特性可讓資料擷取 (如 I/O、API 分頁、多筆慢速來源) 更有效率並提升應用程式的即時性。

public class Program
{
    public static async Task Main(string[] args)
    {
        await foreach (var number in GenerateSequence())
        {
            Console.WriteLine(number);
        }
    }

    static async IAsyncEnumerable<int> GenerateSequence()
    {
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            await Task.Delay(1000); // 模擬非同步工作
            yield return i;
        }
    }
}

範圍運算子 ..
許多語言都支援在陣列索引值使用 .. 表示範圍，C# 8.0 也跟上了

int[] numbers = [0, 10, 20, 30, 40, 50];
int amountToDrop = numbers.Length / 2;

// 從 amountToDrop 開始到結尾的所有元素
int[] rightHalf = numbers[amountToDrop..];
Display(rightHalf);  // output: 30 40 50

// 到 amountToDrop 之前的所有元素
int[] leftHalf = numbers[..^amountToDrop];
Display(leftHalf);  // output: 0 10 20

// 去掉頭一個及最後兩個元素
int[] middle = numbers[1..^2];
Display(middle);  // output: 10 20 30

// 從開頭到結尾的所有元素
int[] all = numbers[..];
Display(all);  // output: 0 10 20 30 40 50

void Display<T>(IEnumerable<T> xs) => Console.WriteLine(string.Join(" ", xs));

Null 聯合指派 ??=
用 ?? 指定變數為 null 的替代值是大家小學二年級就學過的 C# 技巧，??= 則可用於「當變數為 null 時就設成特定值」，簡單說就是把以下程式版段縮成一行。
```
variable ??= expression;
// 相當於
if (variable is null)
{
    variable = expression;
}
```
非受控建構的類型
C# 8 導入 Nullable Reference Types，因此泛型 where 約束條件也加入了指定參數是否允許為 null 的新語法：
- where T : class? 表示 T 必須是 Nullable Reference Type
- where T : class 表示 T 必須是 Non-Nullable Reference type
- where T : struct 表示 T 必須是非 Nullable 的值型別
- where T : notnull 表示 T 必須為不可為 null 的型別 (Reference 或 Value Type 都可)
巢狀運算式中的 stackalloc
stackalloc 可在堆疊(Stack)上配置一塊記憶體區塊(如陣列、Buffer)，所配置記憶體會隨方法回傳時自動釋放，不會造成 GC 壓力。使用 Span
或 ReadOnlySpan
可以安全地操作 stackalloc 所配置的記憶體，且不需 unsafe 區塊。
在 C# 8 以前，stackalloc 只能出現在變數宣告時直接初始化及簡單的賦值運算，C# 8 起， stackalloc 可以出現在「巢狀化」的表達式中，例如：方法的傳入/回傳值、條件運算式或三元運算子、其他需要 Span
或 ReadOnlySpan
的運算式等。
// 直接巢狀 stackalloc 當方法參數 Span<int> numbers = stackalloc[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }; var index = numbers.IndexOfAny(stackalloc[] { 4, 8, 12 }); Console.WriteLine(index); // 輸出: 3 // 三元運算子(條件運算式)結合 int length = 1000; Span<byte> buffer = length <= 1024 ? stackalloc byte[length] : new byte[length]; // 字串修整(Trim)運用 string input = "This is a simple string \r\n"; ReadOnlySpan<char> trimmedChar = input.AsSpan().Trim(stackalloc[] { ' ', '\r', '\n' }); Console.WriteLine(trimmedChar.ToString());
插補逐字字串的改善講的是 $"..." Interpolated Strings 字串插值，當要結合 Verbatim String Literal 逐字字串常值 @"..."，以前只能寫 $@"content"，C# 8 起寫 @$"content" 也成。

歷史回顧 - C# 8 新功能盤點

Comments

# 2025-09-02 08:15 AM by yoyo

# 2025-09-03 05:34 PM by Jeffrey

# 2025-09-04 09:15 AM by Ike

# 2025-09-04 10:23 PM by Jeffrey

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