在 10 分钟或更短时间内实现 C# 10 和 .NET 6 中的常数插值

简介

在这段视频中，Tim 解释了插值字符串（即使用熟悉的美元符号 ($) 语法的字符串）现在可以在常量表达式中使用，这是以前无法实现的。 这一小小的改变使得持续的弦线制作更加容易、干净、易于维护。

探索 .NET 6 中的常量

Tim 打开了一个 .NET 6 控制台应用程序，并删除了样板代码，以便完全专注于常量定义。

他从最基本的常量字符串声明开始：

const string companyName = "Acme";

const string companyName = "Acme";

这是一个简单的字符串字面量，被赋值为一个常量字符串。 像这样的常量是在编译时求值的，这意味着它们的值是固定的，并嵌入到编译后的程序中。

但 Tim 很快就提出了一个核心问题：如果我们想将常量字符串合并在一起，或者使用插值将值直接嵌入到其他字符串中，该怎么办？

在 C# 9 及更早版本中，你无法这样做：

const string productName = $"{companyName} Anvils"; // Not allowed before C# 10

const string productName = $"{companyName} Anvils"; // Not allowed before C# 10

这行代码会引发编译时错误，因为字符串插值不支持常量表达式。

C# 10 中的常量插值字符串

正如 Tim 所演示的那样，在 C# 10 中，编译器现在支持常量插值字符串——只要其中的所有插值表达式本身都是常量即可。

所以下面的例子现在可以完美运行了：

const string productName = $"{companyName} Anvils";

const string productName = $"{companyName} Anvils";

这是一个常量插值字符串，这意味着编译器会在编译时而不是运行时计算该插值字符串。程序运行时不会进行额外的字符串连接或字符串格式化——编译器会生成一个类似"Acme Anvils"的单个常量字符串字面量。

Tim 解释说，如果我们把 companyName 的值从"Acme"改为"ABC"，编译器会自动为 productName 生成"ABC Anvils"。 这是编译时字符串构造，而不是运行时插值。

这项改进使得合并常量字符串变得更加容易，无需使用 + 连接或手动重复值。

嵌套常量插值

蒂姆更进一步，给出了另一个恒定的定义：

const string productDescription = $"{productName} are the best way to crush unsuspecting roadrunners.";

const string productDescription = $"{productName} are the best way to crush unsuspecting roadrunners.";

这是一个嵌套插值的例子，其中一个常量插值字符串（productName）被用在另一个常量插值字符串中。

编译器将所有这些都视为常量表达式，在编译时生成一个单一的、不可变的字符串表示形式。

当 Tim 运行该程序时，输出结果为：

Acme Anvils are the best way to crush unsuspecting roadrunners.

Acme Anvils are the best way to crush unsuspecting roadrunners.

这证实了即使跨越多个常量，常量插值也能无缝运行。

常数为何重要

这时，蒂姆停下来解释了为什么常量（以及现在的常量插值字符串）是有益的。

他指出，常量非常节省内存，因为它们的值直接存储在编译后的代码中，而不是作为单独的实例存储在内存中。

相比之下，以前开发人员需要类似功能时，通常使用只读字段：

readonly string companyName = "Acme";

readonly string companyName = "Acme";

但 Tim 指出，只读字段与常量字段不同——它们在运行时进行求值，这会消耗更多内存并阻止编译时优化。

借助常量插值字符串，我们现在可以编写富有表现力且可重用的格式化字符串，这些字符串在编译时保持常量，从而提高清晰度和性能。

实际示例——在属性中使用常量

蒂姆随后介绍了一个现实世界的场景，在这个场景中，这项新功能——属性——大放异彩。

他在 Main() 函数内部定义了一个简单的局部方法：

void SayHi() { }

void SayHi() { }

然后他尝试使用引用某个变量的字符串消息来应用 [Obsolete] 属性：

string myCompany = "Tim's Company";
[Obsolete($"This is no longer used for {myCompany}")]

string myCompany = "Tim's Company";
[Obsolete($"This is no longer used for {myCompany}")]

这样做会失败，因为属性只能接受常量表达式作为参数。 由于 myCompany 是一个变量，而不是常量，因此编译器会报错。

Tim 解释说，该属性的消息必须是编译时常量——它不能依赖于运行时值或实例变量。

然而，得益于 C# 10 中的常量插值字符串，我们现在可以安全地做到这一点：

const string productName = $"{companyName} Anvils";
[Obsolete($"This is no longer used for {productName}")]

const string productName = $"{companyName} Anvils";
[Obsolete($"This is no longer used for {productName}")]

在这里，编译器识别出 companyName 和 productName 都是常量，因此整个插值字符串是一个常量表达式。

编译器在编译时生成格式化字符串，使其在属性中有效。

这个例子完美地说明了为什么常量插值不仅仅是语法糖——它实现了新的场景，例如直接在属性或元数据中使用格式化的编译时字符串。

幕后揭秘——编译器如何处理

Tim 在视频中没有深入讲解编译器内部的底层原理，但这个概念与 C# 10 中插值字符串处理程序的工作方式密切相关。

一般来说，当编译器遇到插值字符串时，它会创建类似于格式化字符串操作的代码，在后台生成类似 AppendLiteral() 和 AppendFormatted() 的调用。

但是，在处理常量插值字符串时，编译器会在编译时评估所有内容——生成的 IL 代码中不会发出任何插值字符串处理程序或方法调用。

这意味着生成的值与任何字符串字面量的行为完全相同，但您仍然可以使用来自其他常量的嵌入式表达式来组合它。

它巧妙地平衡了表现力和效率——编译器静态地处理字符串构造，确保零运行时成本。

何时使用常量插值字符串

蒂姆承认，并非所有人每天都会使用此功能。 很少定义常量或编写属性的开发人员可能不会立即受益。

但是，对于那些创建大量编译时定义、常量消息或属性元数据的人来说，此功能简化了代码并防止了字符串连接造成的混乱。

它也更安全——因为常量是不可变的，并且由编译器检查，所以可以消除动态连接字符串或管理不当的变量带来的错误。

这能使你的代码更健壮、更易读、更易于维护。

结论

在视频结尾，蒂姆邀请开发者们思考一下，他们是否会在项目中使用常量插值字符串。 有些人可能认为它们对于更清晰的编译时格式化字符串至关重要，而另一些人则可能认为它们只是一种小小的便利。

无论如何，Tim 的演示准确地展示了如何有效地实现和应用此功能。

总之：

• 常量插值字符串允许在常量内使用插值表达式。

• 它们在编译时进行求值，生成高效的字符串字面量。

它们用更简洁的语法取代了重复的字符串连接。

• 它们在属性、基于常量的配置和元数据消息中特别有用。

通过将可读性与编译时安全性相结合，C# 10 的常量插值是朝着富有表现力和高效的 C# 编程迈出的又一步——正如 Tim Corey 的例子清楚地表明的那样。