C#学习笔记——基础知识点（叁）

一、命名法

• 驼峰命名法：myName（变量）

• 帕斯卡命名法：MyName (函数、类、属性等）

二、值类型和引用类型

1、分类

• 引用类型： string，数组，类

• 值类型： 其他类型，结构体，枚举

2、区别

• 值类型在相互赋值时把内容拷贝给对方，它变我不变

• 引用类型相互赋值时是让两者指向同一个值，它变我也变

3、原因

值类型存储在栈空间 ——系统分配，自动回收，小而快

引用类型存储在堆空间 ——手动申请和释放，大而慢，new就是在堆中开辟新空间

4、特殊引用类型string

• string的它变我不变：具备值类型的特点

• 原因：c#进行了特殊处理，比如将str1赋值给str2，此时str1和str2指向堆中同一个区域，当str2重新赋值时，会为str2的值在堆中开辟一个新空间，此时str1和str2指向的就不是同一个区域。

• 缺点：频繁重新赋值会产生内存垃圾，优化替代方案下面的stringBuilder章节中

补充知识点在进阶知识点的最后一部分

三、ref和out

1、用ref和out的原因

可以解决函数内部改变外部传入的内容的问题

2、使用

返回类型 函数名(ref 参数类型 参数名1，......)
    
函数名(ref 参数)

返回类型 函数名(ref 参数类型 参数名1，......)
    
函数名(out 参数)

3、ref和out的区别

• ref传入的变量必须初始化，out不用

• out传入的变量必须在内部赋值，ref不用

4、对比表

四、面向对象三大特性

1、封装（Encapsulation）

• 核心思想：将对象的状态（属性）和行为（方法）包装在一起，对外隐藏内部实现细节，仅暴露必要的交互接口。
• 意义
  • 保护数据安全，避免外部直接修改对象内部状态。
  • 降低代码耦合度，修改内部实现时不影响外部调用。
  • 提升代码可维护性，统一的接口让使用更清晰。

2、继承（Inheritance）

• 核心思想：让一个类（子类）可以继承另一个类（父类）的属性和方法，实现代码复用与拓展。
• 意义
  • 复用父类的代码，减少重复编写。
  • 建立类的层级关系，让代码结构更清晰。
  • 为多态提供基础。

3、多态（Polymorphism）

• 核心思想：同一个行为在不同对象上可以有不同的表现形式，分为编译时多态和运行时多态。

• 分类

  • 编译时多态（静态多态）：通过方法重载、运算符重载实现，在编译阶段就确定调用哪个方法。

  • 运行时多态（动态多态）：通过继承 + 虚方法重写实现，在运行阶段根据对象的实际类型确定调用哪个方法。

• 意义

  • 提升代码的灵活性和可扩展性，新增子类时无需修改原有调用逻辑。
  • 符合开闭原则，拓展新功能时不影响旧代码。

4、三大特性关系总结

• 封装是基础：隐藏内部细节，保障数据安全，为继承和多态提供稳定的基础。

• 继承是手段：复用代码，建立类的层级关系，是实现多态的前提。

• 多态是目的：让代码更灵活、可扩展，是面向对象设计的核心价值体现。

五、万物之父与装箱拆箱

1、万物之父

• 关键字：object

• 概念：object是所有类型的基类，可以使用里氏替换原则，用object装载所有类型的对象。

• 使用：例子如下

// string
object obj = "123456";
string str = obj as string;

// 值类型
object obj2 = 1f;
float f1 = (float)o2;

2、装箱拆箱

（1）概念

• 装箱：用object存值类型，把值类型用引用类型存储，栈内存会迁移到堆内存中
• 拆箱：将object转换为值类型，把引用类型存储的值取出，堆内存会迁移到栈内存

（2）优缺点

• 优点：不确定类型时方便参数存储和传递
• 缺点：内存迁移增加性能消耗

3、万物之父中的方法

• Equals： 判断两个对象是否相等，按照左侧对象Equals方法的规则进行比较
• ReferenceEquals： 判断两个对象是否是相同的引用，值对象始终是false
• GetType： 反射中的重要方法，返回对象运行时的类型Type
• MemberwiseClone： 获取对象的浅拷贝
• GetHashCode： 获取对象的哈希码（一种通过算法算出的表示对象的唯一编码，不同对象哈希码可能一样，具体由哈希算法决定）
• ToString： 返回当前对象代表的字符串

六、垃圾回收机制

1、概念

垃圾回收（Garbage Collector，GC）： 垃圾回收的过程是遍历堆上动态分配的所有对象，通过识别他们是否被引用来确定对象是否是垃圾。所谓垃圾就是没有被任何变量、对象引用的内容，而垃圾就需要被回收释放。

垃圾回收有很多算法，比如：

• 引用计数(Reference Counting)

• 标记清除(Mark Sweep)

• 标记整理(Mark Compact)

• 复制集合(Copy Collection)

C#的GC使用的是标记清除算法和分代回收算法

注意：

• GC只负责堆内存的垃圾回收
• 引用类型都是在堆中的，所以它的分配释放都通过垃圾回收机制管理
• 栈上的内存有系统自动管理，值类型在栈中分配内存，有自己的生命周期，因此无需对他们进行管理，会自动分配和释放

2、原理

C#的GC采用分代回收策略，将堆划分为不同的代，通常有3代，如0代内存、1代内存、2代内存

代的概念（Generations）： 代是垃圾回收机制使用的一种算法（分代算法），新分配的对象通常放在第0代，每次分配都可能会进行垃圾回收以释放内存（如0代内存满时）。

在一次内存回收的过程开始时，垃圾回收器会进行以下两步：

• 标记对象（标记清除算法），标记后的为可达对象，未被标记的就是不可达对象，即垃圾。
• 搬迁对象，压缩堆（内存压缩）：释放未标记对象的内存，搬迁可达对象，修改引用地址。

3、标记清除算法

主要分为2个阶段：

• 标记阶段
  • 根对象：GC会从一组根对象开始，根对象指始终可达的对象（全局变量、静态变量、当前执行方法的局部变量等）
  • 标记过程：GC会遍历所有根对象，递归的标记所有从根对象可达的对象，表明他们仍被使用，不能回收
• 清除阶段
  • 清除过程：标记阶段完成后，GC会遍历整个托管堆，将所有未被标记的对象视为垃圾，并回收他们所占的内存空间

托管堆：

不同于堆，它由CLR（Common Language Runtime，公共语言运行库）管理，当堆中内存满时，会自动清理堆中的垃圾

4、分代回收算法

C#的GC采用分代回收策略，将堆划分为不同的代，通常有3代，如0代内存、1代内存、2代内存

代的划分原则：

• 第0代：新创建的对象通常分配到第0代。这一代的对象生命周期短，大部分创建后很快就不再使用
• 第1代：经过一次0代垃圾回收后仍然存活的对象会晋升到第1代。这一代的对象生命周期相对较长
• 第2代：经过多次1代垃圾回收后仍然存活的对象会晋升到第2代。这一代的包含一些长期存活的对象，如静态对象等

分代回收的优势：

• 提高回收效率： 大部分新创建的对象很快变成垃圾，频繁对第0代进行垃圾回收可以快速回收大量内存空间，减少垃圾回收的时间开销
• 减少内存碎片： 分代回收将生命周期不同的对象分开处理，减少内存碎片的产生

5、内存压缩

某些情况下，GC可能会执行内存压缩操作，将活动对象移动到堆的连续区域，消除内部碎片，提高内存利用率和分配性能

6、触发垃圾回收的条件

• 内存不足
• 特定代达到阈值：某一代的对象数量达到一定阈值，就会触发该代的垃圾回收
• 手动调用GC.Collect方法

七、string和StringBuilder

1、string

• 特点：string变量只要修改就会分配新的空间，string本质是char数组

• 常用方法：

1.字符串指定位置获取，字符串长度
string str;
str[0]
str.Length

2.字符串拼接
string.Format("{0}",str);

3.正向查找字符位置（没找到默认返回-1）
str = "唐老狮";
str.indexOf("唐");

4.反向查找字符位置
str.LastIndexOf();

5.移除指定位置后的字符（返回新字符串，不改变原字符串）
str = str.Remove(4); // 把索引4后的字符全移除
str = str.Remove(开始位置，字符个数)；

6.替换指定字符串
str = str.Replace(老字符串，新字符串);

7.大小写转换
str = str.ToUpper();
str = str.ToLower();

8.字符串截取（截取从指定位置开始之后的字符串）
str = str.Substring(2);
str = str.Substring(开始位置，指定个数)；
    
9.字符串切割
str = "1,2,3,5,6,7,8";
string[] strs = str.Split(',');

2、StringBuilder

• 概念：C#提供的用于处理字符串的公共类，修改字符串而不创建新的对象，适用于频繁修改和拼接的字符串，提升性能
• 使用：

using System.Text

StringBuilder str = new StringBuilder("123456");

• 常用方法：

1、容量
str.Capacity;

2、字符串长度
str.Length;

3、增加
str.Append(增加内容);
str.AppendFormat("{0}",100);

4、插入
str.Insert(位置，内容);

5、删除
str.Remove(位置，个数);

6、清空
str.Clear();

7、查找
str[0];

8、修改
str[0] = 'A'; // string是不能这样改的

9、替换
str.Repalce(原字符串，新字符串);

3、string和stringBuilder区别

• string相对StringBuilder更容易产生垃圾，每次修改拼接都会产生垃圾
• string相对StringBuilder更加灵活，提供了更多的方法供使用

4、如何优化内存

• 少new对象、少产生垃圾
• 合理使用static
• 合理使用string和StringBuilder

八、结构体和类的区别

1、区别概述

结构体和类最大区别是在存储空间上的，结构体是值类型，类是引用类型。结构体存储在栈上，类存储在堆上。

结构体和类在使用上很相似，并且结构体具备面向对象的封装特性，但不具备继承和多态特性。因为不具备继承特性，因此结构体无法使用protected修饰符。但结构体可以实现接口，因为接口是行为的抽象

2、细节区别

• 结构体是值类型，类是引用类型
• 结构体存在栈中，类存在堆中（具体点就是：结构体局部变量在栈、作为类字段时在堆；类实例数据在堆、引用本身可在栈/堆）
• 结构体成员无法使用protected修饰符
• 结构体成员变量声明无法指定初始值（静态字段除外），类可以
• 结构体不能声明无参构造函数，类可以（C#10 及以上结构体可以声明无参构造函数，此时会覆盖默认的）
• 结构体声明有参构造函数后，无参构造不会被顶掉；类声明有参构造后，默认无参构造会被顶掉
• 结构体不能声明析构函数，类可以
• 结构体不能继承，类可以
• 结构体需要在构造函数中初始化所有成员变量，类随意
• 结构体本身不能用static修饰（没有静态结构体），类可以
• 结构体不能在内部声明和自己一样的结构体变量，类可以

3、如何选择

• 想要继承和多态，选择类，如玩家、怪物等等
• 对象是数据集合时，优先考虑结构体，如位置、坐标、颜色等等
• 从值类型和引用类型的区别去考虑，比如经常被赋值、传递的对象，并且修改副本不想影响原对象，就用结构体，如坐标、向量、旋转等等

九、抽象类和接口的区别

1、共同点

• 都可以被继承
• 都不能直接实例化
• 都可以包含方法声明
• 子类必须实现未实现的方法
• 遵循里氏替换原则

2、区别

• 抽象类可以有构造函数；接口不能
• 抽象类只能单继承；接口可以被继承多个
• 抽象类可以有成员变量；接口不能
• 抽象类可以声明成员方法、虚方法、抽象方法、静态方法；接口只能声明没有实现的抽象方法
• 抽象类方法可以使用访问修饰符；接口建议不写，默认public

3、如何选择

• 表示对象的用抽象类，表示行为拓展的用接口
• 不同对象拥有相同行为，往往可以用接口实现

十、面向对象的七大原则

总体目标： 高内聚低耦合，使程序模块的可重用性、移植性增强

1、单一职责原则（Single Responsibility Principle, SRP）

• 核心思想：一个类只应该负责一项功能，专注于单一职责。
• 意义：减少类被修改的频率，避免功能间的关联耦合，防止修改一个功能时影响其他功能。
• 举例：程序、策划、美术类应各司其职，只处理自身职责范围内的内容。

2、开闭原则（Open-Closed Principle, OCP）

• 核心思想：对拓展开放，对修改关闭。
• 意义：新增功能时优先通过拓展（如新增子类、实现新接口）完成，而非修改原有代码，以此保障系统稳定性。
• 举例：通过继承扩展功能，添加新的子类并重写父类方法来实现新需求。

3、里氏替换原则（Liskov Substitution Principle, LSP）

• 核心思想：任何父类出现的地方，子类都可以替换，且不会破坏原有系统的逻辑。
• 意义：保障继承体系的正确性，让父类容器可以安全地装载子类对象。
• 举例：父类的容器可以直接装入子类对象，因为子类包含了父类的所有内容。

4、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle, DIP）

• 核心思想：依赖于抽象，不要依赖于具体实现。
• 意义：通过抽象（接口 / 抽象类）解耦模块间的依赖，降低耦合度，提升系统的可扩展性。
• 举例：依赖 “开枪接口” 这个抽象，而非具体的手枪、步枪类，间接实现不同枪械的开火功能。

5、迪米特法则（Law of Demeter, LoP）

• 核心思想：一个对象应当对其他对象尽可能少的了解，即 “不要和陌生人说话”。
• 意义：降低对象间的耦合度，减少不必要的直接关联。
• 举例：一个类的成员应尽量少与其他类直接建立关系，仅与 “朋友”（直接关联的对象）交互。

6、接口隔离原则（Interface Segregation Principle, ISP）

• 核心思想：不应该强迫别人依赖他们不需要使用的方法，一个接口只提供单一对外功能。
• 意义：避免臃肿的大接口，让使用者可以按需选择实现对应的接口。
• 举例：将移动行为拆分为飞行接口、走路接口、跑步接口等，而非封装到一个大接口中。

7、合成复用原则（Composite Reuse Principle, CRP）

• 核心思想：尽量使用对象组合，而不是继承来达到复用的目的。
• 意义：继承是强耦合关系，组合是低耦合关系，优先组合可提升系统灵活性。
• 举例：脸是眼镜、鼻子、嘴巴的组合，角色与装备也是组合关系，而非继承关系。

十一、控制台相关

1、输入输出

Console.WriteLine()
Console.Write()
Console.ReadLine()
Console.ReadKey(true) // 若括号中为true，则不会把输入的内容显示在控制台上
Console.ReadKey(true).Key // 返回枚举类型

2、清空

Console.Clear()

3、设置控制台大小

Console.SetWindowSize(宽,高)

4、缓冲区大小

Console.SetBufferSize(宽,高)

5、设置光标的位置

Tip：

• 左上角为0,0 右侧x轴正方向，下方y轴正方向

• 边界问题

• 横纵距离单位不同 1y = 2x （视觉上）

Console.SetCursorPosition(x,y)

6、设置文字颜色

Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red

7、设置背景颜色

Console.BackgroundColor = ConsoleColor.White;
Console.Clear();

8、光标显隐

Console.CursorVisible = true;

9、关闭控制台

Environment.Exit(0);

10、随机数

Random ran = new Random();
ran.Next(5,100) // 5~99的随机数

11、检测按键按下

Console.KeyAvailable  // 键盘按下键时变为true，否则为false