Chapter 2. C# 2

为什么C# 2把Runtime猜测前移到Compiler Contract

C# 1可以用object存任意值、手写delegate constructor、手写IEnumerator，但正确关系主要靠developer记忆和runtime cast。C# 2的主线是把element type、absence、callable target和iteration state交给compiler验证或生成，让错误更早、ceremony更少，同时保留可检查的runtime model。

先预测：List<string>是否是List<object>子类型；int? + int?只要一边有值是否就有值；调用iterator method是否立即执行body；anonymous method是否总不分配。答案都是否。

Generics

Pre-generic ArrayList只知道object：value type插入要boxing，读取要cast，错误可能在很远的consumer处出现。List<T>让add、indexer、enumerator都共享T，compiler能追踪关系；runtime也保留constructed generic type，不是Java式type erasure。

What can be generic?

Classes、structs、interfaces、delegates和methods都可generic。T属于instance state或多个members共同contract时用generic type；只参与一个operation时用generic method并让type inference减少call-site ceremony。Constraint不是documentation，而是compiler可调用哪些members的证明。

public static T Max<T>(T left, T right, IComparer<T> comparer) =>
    comparer.Compare(left, right) >= 0 ? left : right;

Runtime通常可为reference-type instantiations共享machine code，为value types生成specialized code以处理不同layout；具体策略是runtime实现细节。API correctness不能依赖“每个T一定一份code”，performance结论也必须profile。

Nullable value types

Nullable<T>让non-nullable value type同时表达一个T或absence，syntax是T?。HasValue区分状态，Value在empty时抛异常，GetValueOrDefault返回default但会丢失“真的为default”和“没有值”的区别。Domain API应保留absence直到有明确default policy的boundary。

Lifted operators把underlying operator提升到nullable operands。多数算术比较遇null产生null或false，但bool?的&/|具有三值逻辑特例；不能凭“null传播”一句话推导全部。Nullable boxing也特殊：empty boxes为null，有值时box underlying T，而不是boxed Nullable<T>。

int? quantity = null;
int? doubled = quantity * 2;       // null
object? boxed = quantity;          // null
object boxedValue = (int?)42;      // boxed Int32

Simplified delegate creation

C# 2允许method group conversion，省掉显式new Comparison<Product>(CompareProducts)；overload resolution仍必须找到compatible target。Anonymous method把短callback body放在call site，并可capture外部variable storage，compiler通常生成hidden method和closure object。

Delegate是immutable invocation list。Combine/remove产生新delegate；multicast按顺序调用，非void只返回最后target结果，任一target抛异常会中断后续调用。Language simplification不定义thread safety、subscriber isolation或lifetime，这些由API contract补充。

Iterators

Iterator block包含yield return/yield break，compiler生成实现IEnumerable<T>/IEnumerator<T>的state machine。调用method通常只创建sequence object；body在MoveNext时执行，local state被提升为fields，Current暴露最近一次yield value。

每次可重复枚举的iterator应创建独立enumerator state；一个enumerator本身通常不可并发使用。Side effects、time、random和external source会在每次enumeration重跑，因此API要声明live sequence还是snapshot。

foreach通过try/finally确保enumerator Dispose。Iterator内部的try/finally会被lowering到state transitions；consumer提前break也应触发cleanup。yield return不能随意放入所有catch/finally组合，compiler restrictions正是为保持state-machine语义可实现。

public static IEnumerable<string> ReadLines(TextReader reader)
{
    string? line;
    while ((line = reader.ReadLine()) is not null)
        yield return line;
}

Minor features

Partial types允许generated与handwritten declarations合并为一个type，适合tool ownership boundary但不应按业务职责随意拆散；static classes让compiler禁止instance；namespace aliases解决name collision；different accessibility与fixed buffer等features各有特定场景。它们不像generics/iterator共享一条runtime机制，但都把意图从convention提升为language rule。

本章回顾：Type Relation和Control State都可由Compiler证明

1. Generics保留T关系、减少cast/boxing，并以constraint表达可用能力。
2. Nullable<T>把value absence纳入type，lifted operators与boxing有精确定义。
3. Method group与anonymous method简化delegate creation，但capture和multicast lifetime仍需API定义。
4. Iterator method call与body execution分离，MoveNext驱动generated state machine。
5. Partial enumeration必须Dispose并运行finally；重复枚举是否重做work是公开contract。

术语表