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導(dǎo)讀

2023 TIOBE 年度編程語言正式揭曉，C# 在陪跑多年后首次斬獲這一殊榮。TIOBE表示，C#在 Web 應(yīng)用后端和游戲等領(lǐng)域變得持續(xù)流行，并開始蠶食 Java 的市場份額。然而在國內(nèi)，C#的認(rèn)知度卻并不高。騰訊云開發(fā)者社區(qū)特邀國內(nèi) .Net 平臺開發(fā)專家張善友，創(chuàng)作了這篇 C# 奪魁背后的解讀文章，讓我們一探究竟！讀完全文還可以參加文末龍年紅包封面抽獎(jiǎng)活動(dòng)哦！

目錄

1 引言

2 從 C# 的語言特性看前世今生

3 從 C# 的應(yīng)用場景看未來發(fā)展

4 結(jié)語

01

2023 年 TIOBE 年度編程語言已經(jīng)正式公布，C# 在穩(wěn)居前10名20多年之久后，首次摘下年度編程語言桂冠。TIOBE 數(shù)據(jù)顯示，C# 在2023年的漲幅達(dá)1.43%，遠(yuǎn)超過競爭對手 Scratch 的0.83%和 Fortran 的0.64%。

TIOBE 還表示，C# 目前正在逐步蠶食 Java 的市場份額，并且在 Web 應(yīng)用后端和游戲等領(lǐng)域變得越來越流行。C# 作為一種新式、創(chuàng)新、開放源代碼、跨平臺，面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，可以開發(fā)包括但不限于桌面、移動(dòng)、IoT、游戲、Web、云原生、移動(dòng)和 AI 全場景支持。

為什么 C# 能突然獲得流行？C# 語言的發(fā)展歷程是怎樣的？它有哪些核心應(yīng)用場景？為什么國內(nèi) C# 的流行度并不高？騰訊云開發(fā)者社區(qū)特邀騰訊云 TVP、.Net 平臺開發(fā)專家張善友，針對這些關(guān)鍵問題創(chuàng)作了本篇文章，以饗讀者。

ps：以下內(nèi)容僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。

02

2.1 C# 的誕生之路

其實(shí)，C# 的誕生可以追溯到20世紀(jì)90年代末。當(dāng)時(shí)，微軟公司意識到互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展和軟件復(fù)雜性的增加對開發(fā)者提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的編程語言無法滿足日益增長的需求，開發(fā)者需要一種更強(qiáng)大、更現(xiàn)代化的語言來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，因此 C# 應(yīng)運(yùn)而生。

C# 旨在提供更好的生產(chǎn)力、更強(qiáng)大的面向?qū)ο笾С趾透叩男阅堋Ｋ鼜?C++、Java 和 Delphi 等語言中吸取了靈感，并結(jié)合了微軟自身的創(chuàng)新，于2000年首次發(fā)布。隨著時(shí)間的推移，C# 逐漸發(fā)展成為 .NET 平臺的主要編程語言之一，為開發(fā)者提供了強(qiáng)大而靈活的工具來構(gòu)建各種類型的應(yīng)用程序。

2.2 C# 的設(shè)計(jì)目標(biāo)和發(fā)展理念

在我看來，C# 的設(shè)計(jì)目標(biāo)和理念是為了提供一種強(qiáng)大、現(xiàn)代化的編程語言，以提高開發(fā)者的生產(chǎn)力和代碼質(zhì)量。

C# 的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是簡單易用。它采用了類似于 C++ 和 Java 的語法，使得開發(fā)者能夠迅速上手，并編寫清晰、簡潔的代碼。而且它還是一種純面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，支持封裝、繼承和多態(tài)等面向?qū)ο蟮奶匦裕蚨钟兄诮M織和管理代碼，提高代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。當(dāng)然，安全性也是 C# 的關(guān)注重點(diǎn)，它引入了類型安全檢查、空引用檢查和異常處理等機(jī)制，以防止常見的編程錯(cuò)誤和安全漏洞，提高代碼的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí) C# 致力于提供高性能的代碼執(zhí)行。通過即時(shí)編譯（Just-In-Time Compilation）技術(shù)，C# 代碼可以被轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼，并在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高程序的性能。

此外，C# 還追求跨平臺開發(fā)，引入了 .NET Core 平臺，最后演化成一個(gè)統(tǒng)一平臺 .NET，使得 C# 可以在不同的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，包括 Windows、Linux 和 macOS 等，擴(kuò)展了應(yīng)用程序的部署范圍。并且集成開發(fā)環(huán)境（IDE）支持也是 C# 設(shè)計(jì)目標(biāo)的一部分。借助強(qiáng)大的IDE工具（如Microsoft Visual Studio/Visual Studio Code 和 Rider），我們可以進(jìn)行代碼編輯、調(diào)試、自動(dòng)完成和重構(gòu)等操作，有效提高開發(fā)效率。

綜上所述，C# 基于簡單易用、面向?qū)ο蟆踩浴⒏咝阅堋⒖缙脚_和 IDE 支持等特點(diǎn)使得其成為廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的強(qiáng)大編程語言之一。

2.3 C# 的發(fā)展現(xiàn)狀

值得注意的是，C# 目前處于極度被低估的狀態(tài)，這主要是和微軟公司過去的閉源政策有很大關(guān)系，在2014年11月12日，微軟宣布 .NET 平臺全技術(shù)棧開源并且托管到 .NET 基金會(huì)，將讓 .NET 運(yùn)行在 Linux 和 MacOS 上，并且會(huì)通過 .NET Foundation（.NET 基金會(huì)）來與社區(qū)密切合作在未來改進(jìn) .NET。目前我們可以在 GitHub 上找到所有 .NET 平臺組件的開源項(xiàng)目，包括 C# 的編譯器。

在帶 GC 和性能尚可的系列主流工程語言里，C# 率先支持 AOT 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)庫，這樣一來，C++的任何場景，所有桌面端開發(fā)、WebAssembly、大部分移動(dòng)端（包括安卓、iOS），C# AOT 都能參與 (不是完全替代，而是參與)，而語言各有所長，只是參與就能帶來很多改變。

最新版本的 C# 已經(jīng)是一個(gè)現(xiàn)代化的編程語言，C# 在2022年和2023年發(fā)布了改變游戲規(guī)則的特性是上下游語言無關(guān)的代碼復(fù)用。無論是 Java、Python、JS 還是 Rust 開發(fā)，我們都可以使用 C# 代碼庫，輕量、無需引入其他運(yùn)行時(shí)和構(gòu)建依賴，這充分發(fā)揮了 C# 代碼優(yōu)雅的優(yōu)勢，讓上層應(yīng)用的程序員也能做底層的東西。

當(dāng)然，C# 除了是現(xiàn)代的編程語言，還有以下亮點(diǎn)：

• 跨平臺：.NET 8支持跨當(dāng)前所有主流的桌面、移動(dòng)平臺。C# 12可以對標(biāo) gcc/g++。

• 高層級 GC 支持，屏蔽底層細(xì)節(jié)：.NET 有可配置的 GC，.NET GC 的實(shí)現(xiàn)雖然不如很多 JVM 的 GC 實(shí)現(xiàn)，但也是身經(jīng)百戰(zhàn)，經(jīng)過了高并發(fā)的考驗(yàn)。

• 跨語言復(fù)用性，全面超越同時(shí)代的編程語言：相比榜單上靠前的 Java、Python、JavaScript 這些語言，C# 支持 AOT 輸出單個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，能定義導(dǎo)出C函數(shù)符號，那么交付方不管使用什么語言，我們都可以用C#進(jìn)行操作。并且我們還可以切換到 bflat 工具鏈，不用安裝 .NET SDK，實(shí)現(xiàn)快速編譯。

• 支持值類型，讓開發(fā)者完全掌控與 C 的互操作：有了動(dòng)態(tài)庫的優(yōu)勢，加上具有原生的值類型，在 C# 里定義 C API 接口也是極簡單的。值類型能實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)無關(guān)的內(nèi)存布局，在導(dǎo)出動(dòng)態(tài)庫時(shí)，導(dǎo)出函數(shù)的傳參規(guī)范時(shí)可直接使用 C 調(diào)用約定，在這過程中我們需要注意返回值大小不要超過 intptr_t 即可。

• 導(dǎo)出函數(shù)聲明簡單：使用 UnmanagedCallersOnly 特性可以將 C# 函數(shù)導(dǎo)出提供給 C 調(diào)用，如果你去領(lǐng)略 C/C++ 的 DLL_EXPORT 四億種寫法，各個(gè)項(xiàng)目各有千秋符合人體工學(xué)的命名空間設(shè)計(jì)，對開發(fā)者的要求更低。這點(diǎn)和 Java 類似，遠(yuǎn)比 C++ 好。

• 兼容性好：標(biāo)準(zhǔn)庫 API 比較穩(wěn)定，方便代碼移植。

• 功能全面的標(biāo)準(zhǔn)庫：.NET 標(biāo)準(zhǔn)庫很全，質(zhì)量非常高，為 C# 在各個(gè)應(yīng)用場景下的應(yīng)用鋪平了道路。社區(qū)里經(jīng)常聽到很多人在說 C# 庫少，只需登錄 GitHub 便可驗(yàn)證其真假，沒有幾個(gè)編程語言能和 C# 拼庫多，一個(gè)用了這么多年一直排名前幾的語言庫不可能少。尤其是再考慮庫的覆蓋廣度上就更少有能相比的了，和上面同樣的原因，有很多編程語言看似庫多，但都是重復(fù)的。

• 性能上限足夠高：性能上限很多評測已經(jīng)給出了，最新的 .NET 8 在少數(shù)測試中甚至可以略微超過 C++。就算綜合來看，C/C++，Rust 是第一梯隊(duì)的話，C# 也是之下第二梯隊(duì)了，Go 和 Java 只能算是第三梯隊(duì)級，雖然很多人把 Java 和 C# 經(jīng)常一起對比，但是目前在性能上限來說，C# 和 Java 已經(jīng)有了斷檔級別的差距。

• 使用下限足夠低：基本上只要學(xué)過編程就能很快上手，可以完成基本功能。在易用性來說，Golang 確實(shí)是第一梯隊(duì)，C# 和 Java 算是第二梯隊(duì)，而 C++ 和 Rust 的系統(tǒng)對于新手而言則難于上青天。

03

C# 作為全場景應(yīng)用開發(fā)平臺，可以快速應(yīng)用在云邊端不同場景下的硬件設(shè)備上，包括云服務(wù)器、移動(dòng)終端以及 IoT 設(shè)備等等，高效運(yùn)行并能有效協(xié)同。目前 C# 在云原生、全棧 Web 應(yīng)用、桌面應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用、游戲、物聯(lián)網(wǎng) IoT、人工智能 AI 等場景的應(yīng)用已較為成熟。尤其當(dāng)前人工智能爆火，這將是未來的一大矚目方向。

3.1 人工智能

毋庸置疑，人工智能場景應(yīng)用是 C# 最有發(fā)展?jié)摿Φ姆较颍仡櫧?0年的算法發(fā)展，主要經(jīng)歷了3個(gè)階段：利用數(shù)學(xué)及統(tǒng)計(jì)知識，設(shè)計(jì)特征，進(jìn)行處理和判別的傳統(tǒng)算法階段，采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，自動(dòng)提取特征，進(jìn)行處理和判別的深度學(xué)習(xí)算法階段，基于大模型，零樣本（Zero-Shot）處理，或采用少量樣本微調(diào)的大模型應(yīng)用開發(fā)階段。前兩個(gè)階段 C# 有 ML.NET 庫可以做這方面的應(yīng)用開發(fā)，大模型的 Zero-Shot 特點(diǎn)和泛用性，使得完成一件事情，不再需要經(jīng)歷收集數(shù)據(jù)、標(biāo)注、訓(xùn)練、優(yōu)化這個(gè)完整的過程，只需要理解，即可進(jìn)行應(yīng)用層開發(fā)。

C# 語言的某些特性，包括對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)友好，支持 Native AOT，跨平臺，Blazor 等特別適合人工智能類應(yīng)用，使得它十分適合開發(fā)人工智能產(chǎn)品。例如，在應(yīng)用層的開發(fā)上，微軟2023年3月份開源的 Semantic Kernel，在2023年12月 20日正式發(fā)布了1.0 版本。Semantic Kernel 的出現(xiàn)，直接打開了 C# 通向 AGI 的大門。

3.2 云原生

云原生、容器技術(shù)發(fā)展帶來整體后端工業(yè)化、生態(tài)的進(jìn)步，我們也可以基于 k8s 本身服務(wù)構(gòu)建分布式架構(gòu)，共享所有語言的中間件。比如：你可以基于 Dapr 使用任何語言的任何中間件，C# 正好是 Dapr 支持的第一語言。

.NET 8 重塑了我們構(gòu)建可按需擴(kuò)展的智能、云原生應(yīng)用程序和高流量服務(wù)的方式。無論我們是部署到 Linux 還是 Windows，使用容器還是我們選擇的云應(yīng)用程序模型，.NET 8 都可以讓我們更輕松地構(gòu)建這些應(yīng)用程序。它包括一組經(jīng)過驗(yàn)證的庫，目前 Microsoft 的許多大規(guī)模服務(wù)都在使用這些庫，可以幫助我們應(yīng)對可觀察性、彈性、可擴(kuò)展性、可管理性等方面的基本挑戰(zhàn)。

.NET 8 支持將 .NET 應(yīng)用程序編譯為本機(jī)代碼，使用更少的內(nèi)存并立即啟動(dòng)，無需等待 JIT（即時(shí)）編譯器在運(yùn)行時(shí)編譯代碼，也無需部署 JIT 編譯器和 IL 代碼。AOT 應(yīng)用程序只部署應(yīng)用程序所需的代碼。我們的應(yīng)用程序現(xiàn)在可以在無法使用 JIT 編譯器的受限環(huán)境中運(yùn)行。

3.3 游戲

值得一提的是，C# 在游戲開發(fā)領(lǐng)域口碑也非常不錯(cuò)，具體主要在學(xué)習(xí)上手、招聘人才、編程規(guī)范、運(yùn)行性能方面都表現(xiàn)十分平衡，沒有明顯缺陷。游戲開發(fā)人員使用 Unity 構(gòu)建游戲，典型代表便是騰訊的國民游戲王者榮耀，它主要使用 Unity 打造，已經(jīng)擁有超過上億的活躍用戶。C# 與 Unity 引擎無縫集成，此外，還有一些新興的游戲引擎也采用了 C# 語言，例如開源 godot 引擎。

除游戲前端，C# 和 .NET 技術(shù)在游戲后端（游戲服務(wù)器）也獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，C# 的服務(wù)器可以無障礙在 Linux 上運(yùn)行。

3.4 全棧 Web

.NET 8 中的 Blazor 可以同時(shí)使用服務(wù)器和客戶端來處理我們的所有 Web UI 需求。它通過專注于優(yōu)化頁面加載時(shí)間、可擴(kuò)展性和提升用戶體驗(yàn)的多項(xiàng)新增強(qiáng)功能，開發(fā)人員現(xiàn)在可以在同一應(yīng)用程序中使用 Blazor Server 和 Blazor WebAssembly，在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)將用戶從服務(wù)器轉(zhuǎn)移到客戶端。兩者對比之下，顯然 .NET 代碼在 WebAssembly 上的運(yùn)行速度更快，這主要?dú)w功于新的基于“Jiterpreter”的運(yùn)行時(shí)和新的內(nèi)置組件。

總之，Blazor 填補(bǔ)了欠缺的一環(huán)，C# 開發(fā)人員可以直接在用戶瀏覽器中共享代碼和業(yè)務(wù)邏輯，對于 C# 開發(fā)人員來說，這無疑是一項(xiàng)十分強(qiáng)大的功能，有效提升我們的工作效率。

3.5 桌面應(yīng)用

其實(shí)，C# 在桌面開發(fā)框架上的應(yīng)用也是一大亮點(diǎn)。在 .NET 平臺上傳統(tǒng)的 Windows 桌面開發(fā)框架WPF 和 Winforms 之外，還有很多跨平臺的開源框架，比如 Avalonia UI、UNO Platform。 特別Avalonia UI 是一個(gè)基于 .NET  和 XAML 的偏桌面端的跨平臺（WINDOWS、LINUX、MAC）UI 開發(fā)框架，不存在某個(gè)平臺用 WINUI，某個(gè)平臺用原生，導(dǎo)致不同平臺渲染會(huì)出現(xiàn)差別的問題發(fā)生，所有平臺都使用 SkiaSharp 來渲染。

特別是在國內(nèi)，在 openKylin 社區(qū)成立了 Avalonia SIG，推進(jìn) Avalonia UI 對 openKylin 生態(tài)的支持，及 Avalonia UI 的相關(guān)生態(tài)建設(shè)。隨著國內(nèi)的 Linux 桌面向工業(yè)、醫(yī)療等傳統(tǒng)行業(yè)滲透，Avalonia UI 在這個(gè)市場上有著充分的競爭力，有越來越多的用戶從傳統(tǒng)的 QT 轉(zhuǎn)移到開源免費(fèi)的 Avalonia UI。

除了 Avalonia UI 之外，還有 Blazor 在客戶端應(yīng)用上表現(xiàn)同樣出色。從 .NET7 版本開始支持的 Blazor Hybird，使用 Blazor Hybrid 將桌面和移動(dòng)本機(jī)客戶端框架與 .NET 和 Blazor 結(jié)合使用。在 Blazor Hybrid 應(yīng)用中，Razor 組件在設(shè)備上本機(jī)運(yùn)行。組件通過本地互操作通道呈現(xiàn)到嵌入式 Web View 控件。組件不在瀏覽器中運(yùn)行，并且不涉及 WebAssembly。Razor 組件可快速加載和執(zhí)行代碼，組件可通過 .NET 平臺完全訪問設(shè)備的本機(jī)功能。

3.6 移動(dòng)應(yīng)用

.NET 多平臺應(yīng)用程序 UI (.NET MAUI) 是一個(gè)跨平臺框架，用于使用 C# 和 XAML 創(chuàng)建本機(jī)移動(dòng)和桌面應(yīng)用程序， 使用 .NET MAUI，可以開發(fā)可在 Android、iOS、macOS 上運(yùn)行的應(yīng)用，Windows 以及從單個(gè)共享代碼庫運(yùn)行的應(yīng)用。.NET MAUI 包含 BlazorWebView 控件，該控件運(yùn)行將 Razor 組件呈現(xiàn)到嵌入式 Web View 中。通過結(jié)合使用 .NET MAUI 和 Blazor，我們可以跨移動(dòng)設(shè)備、桌面設(shè)備和 Web 重復(fù)使用一組 Web UI 組件。

3.7 物聯(lián)網(wǎng) IoT

除桌面和移動(dòng)應(yīng)用外，C# 在物聯(lián)網(wǎng) IoT 的應(yīng)用在當(dāng)前也較為普遍。.NET 可在各種平臺和體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。它支持 Raspberry Pi 和 Hummingboard 等常見物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 插件板。IoT 應(yīng)用通常與專用的硬件（例如傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和 LCD 設(shè)備）交互。

在網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化或網(wǎng)絡(luò)安全方面，對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的要求正以非凡的速度增長。在這些問題重重的領(lǐng)域，基于以太網(wǎng)的 OPC UA（Open Platform Communications – Unified Architecture，開放平臺通信 - 統(tǒng)一架構(gòu)）通信標(biāo)準(zhǔn)正在快速發(fā)展，OPC 基金會(huì)出品的 OPC UA 的標(biāo)準(zhǔn)庫 UA-.NETStandard 就是使用 C# 實(shí)現(xiàn)，允許非會(huì)員使用 OPC UA 的試用規(guī)范、原型或研究項(xiàng)目。

其實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的后端系統(tǒng)使用 .NET 和 C# 也獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，構(gòu)建的服務(wù)后端系統(tǒng)可以無障礙運(yùn)行在 Linux 上。

04

在我看來，客觀實(shí)際并不是一成不變的，而是不斷向前發(fā)展變化的。C# 在全球使用人數(shù)歷來排在 Top5，但很多人卻認(rèn)為它在國內(nèi)的使用場景似乎比較稀缺，主要是因?yàn)榇蟛糠秩艘琅f用老眼光來看問題，而不是以發(fā)展、變化的觀念來看問題。最新的 C# 12 是一門既有 Python 的開發(fā)效率，又有 C/C++/Rust 性能的編程語言。

在 Linux 桌面市場上，以 C# 的 AvaloniaUI 補(bǔ)充 Window Forms 和 WPF 的跨平臺需求，逐步成為 QT 的有力競爭者。在 GenAI 加持的人工智能場景下，以 Semantic kernel 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的 新的開發(fā)范式在2024年會(huì)有更多的采用者。