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作為一名資深軟件工程師，我深知在實際項目中掌握C#高級概念的價值所在。本指南將深入探討每個C#開發人員都應該了解的重要且影響力大的特性，并輔以實際示例和最佳實踐，以提升代碼質量、可維護性以及性能。

繼承：構建健壯的類層次結構

繼承在面向對象編程（Object-Oriented Programming，簡稱OOP）中是基礎性的概念，但如果使用不當，可能會使代碼變得復雜。以下是如何充分利用繼承來構建清晰、易于管理的層次結構的方法。

實際示例

考慮一個電子商務應用程序，我們針對高級用戶采用不同的支付處理方式：

public class PaymentProcessor
{
    protected decimal processingFee = 0.01m;
    
    public virtual decimal CalculateFee(decimal amount)
    {
        return amount * processingFee;
    }
}

public class PremiumPaymentProcessor : PaymentProcessor
{
    public override decimal CalculateFee(decimal amount)
    {
        // 高級用戶的費用可享受50%的折扣
        return base.CalculateFee(amount) * 0.5m;
    }
}

最佳實踐

• 保持層次結構淺顯：為簡單起見，將層級限制在3層以內。

• 謹慎使用虛方法：僅在必要時進行重寫。

• 對于復雜關系，優先選擇組合而非繼承。

基于接口的編程：實現靈活性與可測試性

接口能夠使系統更靈活、更易于測試，減少依賴關系并提高可維護性。

實際示例

對于訂單驗證流程，通過一個接口來定義其行為：

public interface IOrderValidator
{
    bool ValidateOrder(Order order);
    IEnumerable<string> GetValidationErrors();
}

public class InternationalOrderValidator : IOrderValidator
{
    public bool ValidateOrder(Order order)
    {
        // 針對國際訂單的自定義驗證
        return true;
    }

    public IEnumerable<string> GetValidationErrors()
    {
        yield break;
    }
}

最佳實踐

• 圍繞行為進行設計，而非數據：讓接口專注于操作，而非屬性。

• 單一職責原則：每個接口都應代表一種功能或行為。

• 使用依賴注入：注入接口以便更輕松地進行測試并提高靈活性。

委托和事件：實現響應式應用程序

委托和事件能讓你高效地處理異步事件，這對于現代的響應式應用程序至關重要。

實際示例

實現一個事件驅動的訂單處理器，在訂單處理完成時發送通知：

public class OrderProcessor
{
    public delegate void OrderProcessedEventHandler(Order order);
    public event OrderProcessedEventHandler OrderProcessed;

    public void ProcessOrder(Order order)
    {
        // 訂單處理邏輯
        OnOrderProcessed(order);
    }

    protected virtual void OnOrderProcessed(Order order)
    {
        OrderProcessed?.Invoke(order);
    }
}

最佳實踐

• 使用EventHandler<T>：在大多數情況下使用這個泛型委托。

• 在觸發事件前檢查是否為空，以避免錯誤。

• 避免內存泄漏：對于生命周期較長的對象，考慮使用弱事件模式。

異常處理：構建健壯的應用程序

在生產環境中，有效的異常處理至關重要。如果處理得當，能夠使應用程序更可靠、更便于用戶使用。

實際示例

以下是在倉儲類中處理數據庫異常的一個示例：

public class DatabaseRepository
{
    public async Task<Customer> GetCustomerAsync(int id)
    {
        try
        {
            using var connection = await CreateConnectionAsync();
            return await GetCustomerFromDb(connection, id);
        }
        catch (DbException ex)
        {
            Logger.LogError($"數據庫錯誤：{ex.Message}");
            throw new RepositoryException("獲取客戶失敗", ex);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Logger.LogError($"意外錯誤：{ex.Message}");
            throw;
        }
    }
}

最佳實踐

• 只捕獲你能夠處理的異常：捕獲那些你能有效管理的特定異常。

• 使用自定義異常：針對特定領域使用自定義異常，以便清晰地跟蹤錯誤。

• 保留內部異常：保留內部異常的詳細信息，以便調試。

線程安全：構建并發應用程序

在處理并發操作的應用程序中，線程安全至關重要，它能確保共享數據免受沖突影響。

實際示例

以下示例展示了如何使用ConcurrentDictionary實現一個線程安全的緩存：

public class ThreadSafeCache<TKey, TValue>
{
    private readonly ConcurrentDictionary<TKey, TValue> _cache 
        = new ConcurrentDictionary<TKey, TValue>();

    public TValue GetOrAdd(TKey key, Func<TKey, TValue> valueFactory)
    {
        return _cache.GetOrAdd(key, valueFactory);
    }
}

最佳實踐

• 使用并發集合：選擇像ConcurrentDictionary這樣的線程安全的數據結構。

• 優先使用async/await：為了簡單和性能考慮，避免使用原生線程操作。

• 盡量減少鎖的使用：謹慎使用鎖，并縮小臨界區范圍。

屬性（Attributes）：添加元數據以實現更簡潔的代碼

屬性允許你為類添加元數據，增強靈活性并減少重復代碼。

實際示例

在這個示例中，屬性用于標注一個API響應模型的屬性：

[Serializable]
public class ApiResponse
{
    [Required]
    public string Status { get; set; }

    [JsonProperty("response_data")]
    public object Data { get; set; }

    [JsonIgnore]
    public DateTime ProcessedAt { get; set; }
}

最佳實踐

• 只要內置屬性能滿足需求，就優先使用它們。

• 針對獨特的、特定領域的元數據創建自定義屬性。

• 全面記錄屬性的使用情況，明確其用法和用途。

掌握諸如繼承、基于接口的編程、委托、異常處理、線程安全以及屬性這些C#高級概念，能讓你編寫出健壯、可擴展且易于維護的代碼。這些技術對于構建滿足當今高可靠性和高性能標準的應用程序來說必不可少。

關鍵要點

• 繼承：謹慎使用，在適當的時候優先選擇組合。

• 接口：圍繞行為進行設計，促進可測試的代碼編寫。

• 委托和事件：用于事件驅動和響應式應用程序。

• 異常處理：使用自定義異常有意義地處理錯誤。

• 線程安全：確保對共享資源的并發訪問是安全的。

• 屬性：利用元數據來編寫更簡潔、結構良好的代碼。