C# 13 与 .NET 9 新特性

.NET 平台演进：统一之路

微软的 .NET 历史充满了分裂与统一。早期的 .NET Framework 只能运行在 Windows 上，面向企业级应用；2016 年推出的 .NET Core 是跨平台重写版本，性能大幅提升；2020 年的 .NET 5 正式统一了两条线，此后每年 11 月发布一个新版本（偶数年为 LTS 长期支持版），.NET 9 于 2024 年 11 月发布。

核心概念名词解释

.NET 9 性能亮点

.NET 9 在性能方面有显著提升，以下是主要改进：

张量原语（Tensor Primitives）

System.Numerics.Tensors 是 .NET 9 新增的 NuGet 包，提供 SIMD 加速的张量运算，为 AI/ML 应用提供高性能基础。

using System.Numerics.Tensors;

float[] a = [1f, 2f, 3f, 4f];
float[] b = [10f, 20f, 30f, 40f];
float[] result = new float[4];

// SIMD 加速的向量加法（自动选择 AVX2/SSE/NEON 指令）
TensorPrimitives.Add(a, b, result);
// result: [11, 22, 33, 44]

// 点积运算
float dot = TensorPrimitives.Dot(a, b);
// dot: 300 (1*10 + 2*20 + 3*30 + 4*40)

// Softmax（神经网络激活函数）
TensorPrimitives.SoftMax(a, result);

C# 13 新语法特性

params 集合扩展

C# 13 之前，params 只支持数组。现在可以用于任意集合类型（IEnumerable<T>、Span<T>、ReadOnlySpan<T> 等），减少堆分配。

// C# 13: params 支持 ReadOnlySpan<T>，零分配
static void PrintAll(params ReadOnlySpan<string> items)
{
    foreach (var item in items)
        Console.WriteLine(item);
}

PrintAll("Alice", "Bob", "Charlie"); // 无堆分配

// 也支持 IEnumerable<T>
static int Sum(params IEnumerable<int> numbers)
    => numbers.Sum();

\e 转义符（ESC 字符）

// C# 13 新增 \e 代表 ESC (U+001B)，简化终端颜色控制
string red   = $"\e[31m";
string reset = $"\e[0m";
Console.WriteLine($"{red}错误：连接失败{reset}");

// 等价于之前的写法：
// string red = $"\x1B[31m";  或  $"\u001B[31m";

ref struct 实现接口

C# 13 允许 ref struct（如 Span<T>）实现接口，但接口实例不能装箱为引用类型，保持零分配特性。

interface IParser<T>
{
    T Parse(ReadOnlySpan<char> text);
}

// C# 13: ref struct 可以实现接口
ref struct FastIntParser : IParser<int>
{
    public int Parse(ReadOnlySpan<char> text)
        => int.Parse(text);
}

partial 属性（C# 13）

// C# 13: partial 可用于属性（配合源生成器）
partial class MyViewModel
{
    [ObservableProperty]  // CommunityToolkit.Mvvm 源生成器
    public partial string Name { get; set; }
}

C# 现代语法回顾（C# 9-12）

record 类型

record 是 C# 9 引入的不可变数据类型，自动生成 Equals、GetHashCode、ToString 和解构方法，非常适合 DTO、值对象场景。

// record class（引用类型，默认不可变）
public record PersonDto(string Name, int Age);

var p1 = new PersonDto("Alice", 30);
var p2 = p1 with { Age = 31 };  // 非破坏性复制

Console.WriteLine(p1 == p2);  // False（值相等比较）
Console.WriteLine(p1);        // PersonDto { Name = Alice, Age = 30 }

// record struct（值类型，零堆分配）
public readonly record struct Point(double X, double Y);

init-only 属性与对象初始化器

public class Config
{
    public string Host { get; init; } = "localhost";
    public int    Port { get; init; } = 5432;
}

var cfg = new Config { Host = "db.example.com", Port = 5433 };
// cfg.Host = "other"; // 编译错误：init-only 属性只能在初始化器中设置

模式匹配进化

// switch 表达式 + 属性模式 + 关系模式
string Classify(Shape shape) => shape switch
{
    Circle { Radius: > 10 }     => "大圆",
    Circle { Radius: > 0 }      => "小圆",
    Rectangle { Width: var w, Height: var h }
        when w == h              => "正方形",
    Rectangle                   => "矩形",
    null                        => "null",
    _                           => "未知形状"
};

// 列表模式（C# 11+）
bool IsFirstTwo(int[] arr) => arr is [1, 2, ..];
bool HasExactly3(int[] arr) => arr is [_, _, _];

集合表达式（C# 12）

// C# 12 集合表达式：统一的字面量语法
int[] arr    = [1, 2, 3];
List<string> list = ["a", "b", "c"];
Span<int>    span = [1, 2, 3];      // 栈分配，零堆分配

// 展开运算符（..）合并集合
int[] all = [..arr, 4, 5];         // [1, 2, 3, 4, 5]

环境安装

安装 .NET SDK

# macOS（Homebrew）
brew install dotnet

# Windows（winget）
winget install Microsoft.DotNet.SDK.9

# Linux（apt）
wget https://packages.microsoft.com/config/ubuntu/24.04/packages-microsoft-prod.deb -O packages-microsoft-prod.deb
sudo dpkg -i packages-microsoft-prod.deb
sudo apt-get install -y dotnet-sdk-9.0

# 验证安装
dotnet --version   # 9.0.xxx
dotnet --list-sdks

第一个 .NET 9 程序

# 创建新控制台项目
dotnet new console -n HelloDotNet
cd HelloDotNet

# 查看生成的文件
ls -la
# Program.cs  HelloDotNet.csproj

# 运行
dotnet run

// Program.cs — .NET 9 默认使用顶级语句（无 class/Main）

// 隐式 using：自动引入 System、System.Linq、System.Collections.Generic 等
Console.WriteLine("Hello, .NET 9!");

// nullable 引用类型默认启用（csproj 中 <Nullable>enable</Nullable>）
string? maybeNull = null;
string notNull    = maybeNull ?? "default";

// 新 LINQ 方法（.NET 9）
var words = new[] { "apple", "banana", "cherry", "apricot", "blueberry" };

// CountBy: 按首字母统计数量
var countByLetter = words.CountBy(w => w[0]);
foreach (var (letter, count) in countByLetter)
    Console.WriteLine($"{letter}: {count}");
// a: 2, b: 2, c: 1

// Index: 枚举时带索引
foreach (var (index, word) in words.Index())
    Console.WriteLine($"[{index}] {word}");

.csproj 文件解读

<!-- HelloDotNet.csproj -->
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  <PropertyGroup>
    <!-- 目标框架 -->
    <TargetFramework>net9.0</TargetFramework>
    <!-- 启用隐式 using 引入 -->
    <ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
    <!-- 启用 nullable 引用类型检查 -->
    <Nullable>enable</Nullable>
    <!-- 发布为独立可执行文件 -->
    <PublishSingleFile>true</PublishSingleFile>
    <!-- 启用 Native AOT（可选）-->
    <!-- <PublishAot>true</PublishAot> -->
  </PropertyGroup>
</Project>