C# 9.0 新特性之只读属性和记录

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大家好，这是 C# 9.0 新特性系列的第 4 篇文章。

熟悉函数式编程的童鞋一定对“只读”这个词不陌生。为了保证代码块自身的“纯洁”，函数式编程是不能随便“弄脏”外来事物（参数、变量等）的，所以“只读”对函数式编程非常重要。

为了丰富 C# 对函数式编程支持，较新的 C# 版本引入了一些很有用的新特性。比如 C# 8 中就对 struct 类型的方法增加了 readonly 修饰符支持，被 readonly 修饰的方法是不能修改该方法所在类的属性的。举个例子：

public struct FooValue
{
    private int A { get; set; }
    public readonly int IncreaseA()
    {
        A = A + 1; // 报错
        return A;
    }
}

而 C# 9 又进一步增加了对“只读”的支持，此次增加了 init-only 属性和 record 相关特性，下面一一介绍。

Init-only 属性

我们知道类的属性有 set 和 get 两种访问器，现在 C# 9 增加一种属性访问器：init。init 是 set 访问器的变体，它的作用是使属性只能在对象初始化的时候对其赋值，之后该属性就是只读的，因此叫 init-only 属性。使用方式如下：

public class Foo
{
    public string PropA { get; init; }
    public string PropB { get; init; }
}

赋值操作：

var foo = new Foo {  PropA = "A", PropB = "B" };
foo.PropA = "AA"; // 报错，PropA 此时是只读的！

由于 init 是在初始化阶段赋值，所以它可以在类内部修改 readonly 修饰的字段。比如：

public class Foo
{
    private readonly string propA;
    private readonly string propB;

    public string PropA
    {
        get => propA;
        init => propA = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(propA)));
    }
    public string PropA
    {
        get => propB;
        init => propB = (value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(propB)));
    }
}

如果你知道在构造函数中可以对只读字段/属性赋值就自然也理解这一点。

记录 (Record)

做过财务系统的人都知道交易记录一旦入账是不能修改的，如果录入错误，就要新录入一笔负的记录把之前的红冲掉，再录入正确的记录。应对类似这种只读记录的场景，C# 9 引入了 Record（记录，下文均使用中文的“记录”）的概念，它用来支持整个对象的只读特性（即实例化后为只读）。使用方式如下：

public data class Foo
{
    public string PropA { get; init; }
    public string PropB { get; init; }
}

这里用了一个 data 关键字，表示该类的对象只是纯粹的记录值，它不是可修改的状态（在函数式编程中，所有的数据修改都是状态在发生变化）。

上面的太麻烦了，可以这样简写：

public data class Foo
{
    string PropA;
    string PropB;
}

默认属性都是 public 的，如果实在要改为 private，可以在属性定义前面加上 private 修饰符。

定位记录 (Positional Record)

有时候为了初始化更方便，可以定义构造函数来给属性赋值，初始化时只需要把属性值按顺序传给构造函数即可，这个操作称为定位构造(Positional Construction)。同样，也可以使用解构函数(Deconstructor)来实现属性的解构，即按照解构函数的参数顺序从对象中提取属性的值，被称为定位解构(Positional Deconstructor)。实现了定位构造或定位解构的记录称为定位记录(Positional Record)。下面是一个定位记录的实现：

public data class Foo
{
    string PropA;
    string PropB;
    public Foo(string propA, string propB)
      => (PropA, PropB) = (propA, propB);
    public void Deconstruct(out string propA, out string propB)
      =>  (propA, propB) = (PropA, PropB);
}

这个写法太麻烦了，可以直接简写为：

public data class Foo(string PropA, string PropB);

这样简短一句代码，其内部默认实现了 init-only 自动属性，且同时为所有属性定义了构造函数和解构函数。

使用示例：

var foo = new Foo("AA", "BB");  // 构造定位
var (a, b) = foo;               // 解构定位

可以想象，记录的大部分使用场景，以上简写的写法能满足需求。若有特殊场景，就不能简单，需要进行自定义修改其默认行为。

with 表达式

当处理不可变数据时，若要生成不同的状态，一个常见的场景是在一条旧记录基础上拷贝一条新的记录。比如我们要修改 Foo 对象的 PropA 属性，我们就要拷贝该对象生成一个新的对象。这个操作在函数式编程中被称为“非破坏性修改 (non-destructive mutation)”。为了支持记录这个操作，C# 9 引入了 with 表达式，它可以很方便在一条原有记录基础上创建一条新记录。示例：

var other = foo with { PropA = "AA" };

with 表达式内部其实是通过一个默认的 protected 构造函数来实现的，大致如下：

protected Foo(Foo original)
{
    // 拷贝 original 的所有字段
}

如果默认实现的字段拷贝不符合你的需求，你也可以手动实现这个构造函数。

今天就分享到这里，敬请期待一下篇关于 C# 9 新特性的文章！