自C# 7.0以來，C#語言在類型系統方面引入了眾多新數據類型、類型構造和語言特性，以提升性能、類型安全性和開發效率。本文全面整理了從C# 7.0到C# 14.0（截至2025年4月，C# 14.0為預覽版）類型系統的新增內容，包括值元組、Span<T>、ReadOnlySpan<T>、Memory<T>、ReadOnlyMemory<T>、可空引用類型、記錄、本機大小整數、記錄結構、內聯數組，以及其他增強（如只讀結構、泛型數學支持）。

版本概覽

以下是C# 7.0至C# 14.0中類型系統新增或增強的主要內容：

以下按版本逐一詳述，每節包含特性表格、代碼示例和分析。

C# 7.0：值元組

特性表格

概述

值元組基于System.ValueTuple，允許方法返回多個值，支持命名元素和解構，簡化數據傳遞。

語法

• 聲明：(type1, type2, ...) tupleName = (value1, value2, ...);
• 命名元素：(type1 name1, type2 name2, ...) tupleName = (value1, value2, ...);
• 解構：var (var1, var2, ...) = tupleName;

示例代碼

public (int id, string name) GetPerson()
{
    return (1, "Alice");
}

var person = GetPerson();
Console.WriteLine($"ID: {person.id}, Name: {person.name}");

// 解構
var (id, name) = GetPerson();
Console.WriteLine($"ID: {id}, Name: {name}");

適用場景

• 方法返回多個相關值。
• 臨時數據分組，無需定義類或結構。
• 解構賦值，簡化代碼。

注意事項

• 值類型，適合輕量數據。
• .NET Framework項目需引用System.ValueTuple NuGet包。

C# 7.2：Span, ReadOnlySpan, 只讀結構, 引用結構

特性表格

概述

Span<T>和ReadOnlySpan<T>是高性能值類型，表示連續內存塊引用，適合數組和本機內存操作。readonly struct確保結構體不可變，ref struct限制為棧分配，支持Span<T>等類型。

語法

• Span: Span<T> span = collection.AsSpan();
• ReadOnlySpan: ReadOnlySpan<T＞ readOnlySpan = collection.AsSpan();
• 只讀結構: readonly struct StructName { ... }
• 引用結構: ref struct StructName { ... }

示例代碼

// Span<T> 和 ReadOnlySpan<T>
int[] numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
Span<int> span = numbers.AsSpan(1, 3);
span[0] = 10;
Console.WriteLine(string.Join(", ", span.ToArray())); // 10, 3, 4

ReadOnlySpan<char> text = "Hello".AsSpan();
Console.WriteLine(text.Slice(0, 2).ToString()); // He

// 只讀結構
readonly struct Point
{
    public int X { get; init; }
    public int Y { get; init; }
}
Point point = new() { X = 1, Y = 2 };
Console.WriteLine($"({point.X}, {point.Y})"); // (1, 2)

// 引用結構
ref struct Buffer
{
    public Span<int> Data;
    public Buffer(Span<int> data) => Data = data;
}
Buffer buffer = new(numbers.AsSpan());
buffer.Data[0] = 10;
Console.WriteLine(numbers[0]); // 10

適用場景

• 高性能字符串解析、緩沖區處理。
• 不可變數據結構（只讀結構）。
• 避免堆分配（引用結構）。

注意事項

• Span<T>和ReadOnlySpan<T>不可用于異步方法。
• ref struct限制嚴格，需管理生命周期。

C# 8.0：可空引用類型, Memory, ReadOnlyMemory

特性表格

概述

可空引用類型通過?后綴指定引用類型是否可為null，減少空引用異常。Memory<T>和ReadOnlyMemory<T>表示托管內存塊，支持異步場景。

語法

• 可空引用類型: string? nullable; string nonNullable;
• Memory: Memory<T> memory = collection.AsMemory();
• ReadOnlyMemory: ReadOnlyMemory<T> readOnlyMemory = collection.AsMemory();

示例代碼

// 可空引用類型
#nullable enable
string nonNullable = "Hello";
string? nullable = null;
if (nullable != null)
{
    Console.WriteLine(nullable.Length);
}

// Memory<T> 和 ReadOnlyMemory<T>
int[] numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
Memory<int> memory = numbers.AsMemory(1, 3);
Span<int> span = memory.Span;
span[0] = 10;
Console.WriteLine(string.Join(", ", memory.ToArray())); // 10, 3, 4

ReadOnlyMemory<char> text = "Hello".AsMemory();
Console.WriteLine(text.Slice(0, 2).Span.ToString()); // He

適用場景

• 增強空值安全性（可空引用類型）。
• 異步內存操作（Memory）。
• 只讀數據傳遞（ReadOnlyMemory）。

注意事項

• 可空引用類型需顯式啟用。
• Memory生命周期需管理。

C# 9.0：記錄, 本機大小整數, 初始化器專用類型

特性表格

概述

記錄是具有值語義的引用類型，自動實現相等性。nint和nuint支持本機大小整數。init修飾符增強屬性不可變性。

語法

• 記錄: public record ClassName(type1 Property1, ...);
• 本機大小整數: nint nativeInt; nuint nativeUInt;
• init-only: public type Property { get; init; }

示例代碼

// 記錄
public record Person(string FirstName, string LastName);
var person1 = new Person("Alice", "Smith");
var person2 = new Person("Alice", "Smith");
Console.WriteLine(person1 == person2); // True
var person3 = person1 with { LastName = "Johnson" };
Console.WriteLine(person3); // Person { FirstName = Alice, LastName = Johnson }

// 本機大小整數
nint nativeInt = 42;
nuint nativeUInt = 42u;
Console.WriteLine($"Native int: {nativeInt}, Native uint: {nativeUInt}");

// 初始化器專用類型
public class Student
{
    public string Name { get; init; }
}
var student = new Student { Name = "Alice" };
Console.WriteLine(student.Name); // Alice

適用場景

• 數據傳輸對象（記錄）。
• 本機代碼互操作（nint, nuint）。
• 不可變數據模型（init-only）。

注意事項

• 記錄支持繼承，需保持值語義。
• 本機大小整數平臺依賴。

C# 10.0：記錄結構, 全局 using 指令

特性表格

概述

記錄結構將記錄特性擴展到值類型，結合值語義和性能。全局using簡化類型引用。

語法

• 記錄結構: public record struct StructName(type1 Property1, ...);
• 全局 using: global using System;

示例代碼

// 記錄結構
public record struct Point(int X, int Y);
var point1 = new Point(1, 2);
var point2 = new Point(1, 2);
Console.WriteLine(point1 == point2); // True
var point3 = point1 with { X = 3 };
Console.WriteLine(point3); // Point { X = 3, Y = 2 }

// 全局 using（假設已在文件頂部）
Console.WriteLine("Hello, World!"); // 無需顯式 using System

適用場景

• 值類型數據建模（記錄結構）。
• 大型項目命名空間管理（全局 using）。

注意事項

• 記錄結構復制成本需關注。
• 全局 using 需謹慎使用。

C# 11.0：必需成員, 泛型數學支持, 文件局部類型

特性表格

概述

required修飾符強制成員初始化。泛型數學支持通過接口實現數值運算。file修飾符限制類型作用域。

語法

• 必需成員: public required type Property { get; set; }
• 泛型數學: interface INumber<T> { static abstract T operator +(T, T); }
• 文件局部類型: file class ClassName { ... }

示例代碼

// 必需成員
public class Person
{
    public required string Name { get; set; }
}
var person = new Person { Name = "Alice" };
Console.WriteLine(person.Name); // Alice

// 泛型數學支持
public interface INumber<T> where T : INumber<T>
{
    static abstract T Add(T left, T right);
}
public readonly struct MyNumber : INumber<MyNumber>
{
    public int Value { get; init; }
    public MyNumber(int value) => Value = value;
    public static MyNumber Add(MyNumber left, MyNumber right) => new(left.Value + right.Value);
}
MyNumber a = new(1);
MyNumber b = new(2);
var result = MyNumber.Add(a, b);
Console.WriteLine(result.Value); // 3

// 文件局部類型
file class Helper
{
    public static void Log(string message) => Console.WriteLine(message);
}
Helper.Log("Test");

適用場景

• API 設計（必需成員）。
• 泛型數值計算（泛型數學）。
• 代碼生成（文件局部類型）。

注意事項

• 必需成員需明確初始化。
• 泛型數學需運行時支持。

C# 12.0：內聯數組

特性表格

概述

內聯數組通過[InlineArray]特性定義固定大小數組結構，優化性能。

語法

[InlineArray(length)]
public struct StructName
{
    private elementType _element0;
}

示例代碼

[InlineArray(10)]
public struct Buffer
{
    private int _element0;
}
Buffer buffer = new();
buffer[0] = 1;
buffer[9] = 10;
Console.WriteLine(buffer[0]); // 1

適用場景

• 高性能計算。
• 替代不安全固定緩沖區。

注意事項

• 固定大小，運行時不可調整。

C# 13.0：參數集合擴展, 引用結構接口支持, 部分屬性

特性表格

概述

參數集合擴展支持Span<T>等類型。ref struct可實現接口。部分屬性支持分文件定義。

語法

• 參數集合: void Method(params Span<T> spans);
• 引用結構接口: ref struct StructName : IInterface { ... }
• 部分屬性: public partial type Property { get; set; }

示例代碼

// 參數集合擴展
public void Process(params Span<int> spans)
{
    foreach (var span in spans)
        Console.WriteLine(string.Join(", ", span.ToArray()));
}
int[] numbers = [1, 2, 3];
Process(numbers.AsSpan(0, 2), numbers.AsSpan(2, 1)); // 1, 2 和 3

// 引用結構接口支持
public interface IBuffer
{
    void Process();
}
ref struct Buffer : IBuffer
{
    public Span<int> Data;
    public Buffer(Span<int> data) => Data = data;
    public void Process() => Data[0] = 10;
}
Buffer buffer = new(numbers.AsSpan());
buffer.Process();
Console.WriteLine(numbers[0]); // 10

// 部分屬性
public partial class Person
{
    public partial string Name { get; set; }
}
public partial class Person
{
    public partial string Name { get => _name; set => _name = value; }
    private string _name;
}
var person = new Person { Name = "Alice" };
Console.WriteLine(person.Name); // Alice

適用場景

• 高性能參數傳遞（參數集合）。
• 擴展ref struct（接口支持）。
• 代碼生成（部分屬性）。

注意事項

• 參數集合需管理Span生命周期。
• 部分屬性需確保一致性。

C# 14.0：field 關鍵字, 隱式 span 轉換, nameof 增強, lambda 參數修飾符, partial 成員擴展, 空條件賦值

特性表格

概述

C# 14.0（預計2025年隨.NET 10發布，截至2025年4月為預覽版）引入了一系列語言特性，旨在提高開發效率和代碼可讀性，包括 field 關鍵字、隱式 span 轉換、nameof 增強、lambda 參數修飾符、partial 成員擴展和空條件賦值。雖然未引入全新數據類型，但這些特性顯著增強了現有類型的用法。

field 關鍵字

概述

field 關鍵字允許在屬性訪問器中直接訪問編譯器生成的 backing field，無需顯式聲明。

示例代碼

public class Person
{
    public string Name
    {
        get => field;
        set => field = value?.Trim();
    }
}
var person = new Person { Name = " Alice " };
Console.WriteLine(person.Name); // Alice

適用場景

• 簡化屬性實現，特別是需要對 setter 進行處理時。

注意事項

• 如果類中已有名為 field 的字段，需使用 @field 或 this.field 區分。
• 作為C# 13.0的預覽特性，C# 14.0正式支持，詳見field 關鍵字。

隱式 span 轉換

概述

C# 14.0 為 Span<T> 和 ReadOnlySpan<T> 提供了與數組的隱式轉換，使其使用更加自然。

示例代碼

Span<int> span = new int[] {1, 2, 3};
int[] array = span.ToArray();
Console.WriteLine(string.Join(", ", array)); // 1, 2, 3

適用場景

• 高性能場景中，減少顯式轉換。
• 與數組和 span 類型交互。

注意事項

• 需確保 span 的生命周期管理，詳見Span 轉換。

nameof 支持未綁定泛型

概述

允許 nameof 操作符使用未綁定泛型類型。

示例代碼

string listName = nameof(List<>);
Console.WriteLine(listName); // List

適用場景

• 泛型編程中，獲取類型名稱。

注意事項

• 簡單但強大的增強，適合反射場景。

lambda 參數修飾符

概述

允許在 lambda 表達式中為參數添加修飾符，如 ref、out 等，無需指定類型。

示例代碼

var increment = (ref int x) => x++;
int num = 5;
increment(ref num);
Console.WriteLine(num); // 6

適用場景

• 需要在 lambda 中修改外部變量。

注意事項

• params 仍需指定類型，詳見lambda 表達式。

partial 構造函數和事件

概述

擴展 partial 成員到實例構造函數和事件，允許在 partial 類型中分離定義和實現。

示例代碼

// File1.cs
public partial class MyClass
{
    public partial MyClass(int x);
    public partial event EventHandler MyEvent;
}

// File2.cs
public partial class MyClass
{
    public partial MyClass(int x) { }
    public partial event EventHandler MyEvent;
}

適用場景

• 代碼生成場景，如 UI 設計器。

注意事項

• 需確保 defining 和 implementing 聲明一致，詳見partial 成員。

空條件賦值

概述

允許在賦值語句的左側使用 ?. 和 ?[]，僅當左側非 null 時執行賦值。

示例代碼

string? text = null;
text?.Length = 5; // 不執行賦值

List<int>? list = null;
list?[0] = 10; // 不執行賦值

list = new List<int> { 0 };
list?[0] = 10; // 執行賦值，list[0] = 10
Console.WriteLine(list[0]); // 10

適用場景

• 簡化 null 檢查，避免 NullReferenceException。

注意事項

• 不支持 ++ 和 -- 操作，詳見空條件賦值。

結語

C# 7.0至C# 14.0的類型系統新增內容涵蓋了值元組、Span、ReadOnlySpan、Memory、ReadOnlyMemory、可空引用類型、記錄、本機大小整數、記錄結構、內聯數組等數據類型，以及只讀結構、引用結構、必需成員、泛型數學支持等增強。C# 14.0通過field關鍵字、隱式 span 轉換等特性進一步優化了現有類型的用法。這些特性滿足了從高性能內存管理到類型安全建模的多種需求。資深C#工程師可根據場景選擇類型，如使用Span優化性能，記錄建模數據。由于C# 14.0尚在預覽階段，建議關注dotnet/roslyn以獲取最新更新。