C# 9.0 新特性預覽 - 頂級語句

前言

隨著 .NET 5 釋出日期的日益臨近，其對應的 C# 新版本已確定為 C# 9.0，其中新增加的特性（或語法糖）也已基本鎖定，本系列文章將向大家展示它們。

目錄

[C# 9.0 新特性預覽 - 類型推導的 new]
[C# 9.0 新特性預覽 - 空參數校驗]
[C# 9.0 新特性預覽 - 頂級語句]
[C# 9.0 新特性預覽 - Record 類型]
[C# 9.0 新特性預覽 - 模式匹配的改善]
[C# 9.0 新特性預覽 - 原始碼生成器]
[C# 9.0 新特性預覽 - 其他小的變化]

頂級語句 (Top-level statements)

頂級語句這個名字看起來不是那麼直觀，或許它的曾用名更好一些：Simple Programs，簡單程式。

目的

想必大家都知道，即使是最簡單的 C# 程式，也會有一定量的繁文縟節，因為最少也需要一個 Main 方法。這似乎妨礙了語言的學習和程式的清晰度。因此，這個特性的最主要目的就是為了初學者和程式碼的清晰度，讓書寫 C# 程式可以變得更輕鬆。

語法

語法 Spec 如下，允許在名稱空間的聲明前面，新增一組語句，且只允許有一個編譯單元（可以認為是一個原始檔）擁有這種語句：

compilation_unit
    : extern_alias_directive* using_directive* global_attributes? statement* namespace_member_declaration*
    ;

Spec 比較難懂，我們直接來看示例：簡單來說，就是允許在原始檔中直接書寫程式碼語句而不用寫 Main 方法：

System.Console.WriteLine("Hi!");

以上程式碼會被翻譯為：

static class $Program
{
    static void $Main(string[] args)
    {
        System.Console.WriteLine("Hi!");
    }
}

可以看到，WriteLine語句被自動的包在了一個類和 Main 方法裡面。
自動生成的 Main 方法的返回值也會根據是否非同步以及是否有返回值來變化，例如：

await System.Threading.Tasks.Task.Delay(1000);
System.Console.WriteLine("Hi!");
return 0;

會被翻譯為：

static class $Program
{
    static async Task<int> $Main(string[] args)
    {
        await System.Threading.Tasks.Task.Delay(1000);
        System.Console.WriteLine("Hi!");
        return 0;
    }
}

各種場景

• 支援在 using 語句後面：

using System;

Console.Write("Hi!");

會被翻譯為：

using System;

static class $Program
{
    static void $Main(string[] args)
    {
        Console.Write("Hi!");
    }
}

• 也可以加上本地函數：

local();
void local() => System.Console.WriteLine(2);

• 可以與其它程式碼共存，例如類的聲明：

Type.M();
static class Type
{
    public static void M()
    {
        System.Console.WriteLine("Hi!");
    }
}

稍微複雜一點的：

await using (var x = new C())
{
    System.Console.Write("body ");
}
class C : System.IAsyncDisposable, System.IDisposable
{
    public System.Threading.Tasks.ValueTask DisposeAsync()
    {
        System.Console.Write("DisposeAsync");
        return new System.Threading.Tasks.ValueTask(System.Threading.Tasks.Task.CompletedTask);
    }
    public void Dispose()
    {
        System.Console.Write("IGNORED");
    }
}

• 同時相容了using alias的語法

using alias1 = Test;
string Test() => ""1"";
System.Console.WriteLine(Test());
class Test {}
delegate Test D(alias1 x);
namespace N1
{
    using alias2 = Test;
    delegate Test D(alias2 x);
}

• 也可以同時與顯示的 Main 方法聲明在一起，只不過顯示的Main方法會被忽略掉並提示一個警告

using System;
using System.Threading.Tasks;
System.Console.Write("Hi!");
class Program
{
    static void Main() // warning CS7022: The entry point of the program is global code; ignoring 'Program.Main()' entry point
    {
        Console.Write("hello");
    }
}

限制

• 不支援在多個編譯單元下擁有頂級語句：

// file1.cs
System.Console.WriteLine("1"); // error CS9001: Only one compilation unit can have top-level statements.

// file2.cs
System.Console.WriteLine("2"); // error CS9001: Only one compilation unit can have top-level statements.

• 不能放在類的內部

class Test
{
    System.Console.WriteLine("Hi!"); // ERROR
}

• 不能放在名稱空間的內部

namespace Test
{
    System.Console.WriteLine("Hi!"); // ERROR
}

• 要麼所有分支都有返回值，要麼都沒有

System.Console.WriteLine();
if (args.Length == 0)
{
    return 10; // error CS0161: 不是所有程式碼分支都有返回值
}

• 雖然可以可以與類聲明一起寫，但是在類中是無法呼叫到 Main 方法 args 入參的，因為編譯時會編譯為兩個類

System.Console.WriteLine(args);
class Test
{
    void M()
    {
        System.Console.WriteLine(args); // ERROR
    }
}

• 自然，你也不能用 args 來命名本地函數

args(1);
void args(int x) // ERROR
{}

參考

[Proposal: Simplified Null Argument Checking]
[Unit test: NullCheckedParameterTests.cs]
[LDM-2019-07-10.md]