C#知识学习-014（修饰符_3）

1.async

1.1 用途

目的是为了让程序在等待耗时操作（如下载）时，​​界面还能保持流畅响应​​。

async关键字：标记“我会等”​​

• 你把 async放在方法声明前面（比如 public async void ExampleDemo()）。
• 这就像给这个方法贴了个标签：“我这个方法里面，可能会用到await去等一些耗时的事情做完。”
• 编译器看到 async，就知道这个方法内部可能有等待点，需要特殊处理（生成状态机）。
• 重要：​​加了async的方法，​​本身并不会让方法变异步​​！它只是允许你在方法内部使用 await。

await关键字：真正的“等待点”​​

• 你在 async方法内部，在需要花时间的操作（如 httpClient.GetStringAsync(...)）前加上await。
• async方法在遇到第一个 await前是同步执行的。
• 当程序执行到 await这一行时：
  • 启动耗时操作：​​ 比如开始下载网页内容。
  • 交出控制权：​​ 程序不会傻等！它会​​立刻返回​​到调用这个async方法的地方。
  • 不阻塞：​​ 在耗时操作进行的同时，你的程序界面​​完全不受影响​​！你可以点其他按钮，窗口可以拖动。
  • 等待完成：​​ 程序在后台默默地等那个耗时操作（下载）完成。
  • 完成后继续：​​ 一旦下载完成，程序会​​神奇地回到​​await语句后面那行代码继续执行，并且拿到下载的结果。​

返回类型：​​

• Task: 表示这个异步方法最终会完成，但不返回具体值。调用者可以用 await等它完成。
• Task<int>：表示这个异步方法最终会完成，并且会返回一个 int值。调用者用 await等它完成并拿到 int结果。
• void：通常只用在​​事件处理程序​​（比如按钮点击 StartButton_Click）。因为事件处理程序的签名是固定的（返回 void）。
• 其他（如 ValueTask<T>,GetAwaiter方法）：高级优化，暂时不用管。

1.2 举例

private async void StartButton_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{try{int length = await ExampleMethodAsync();}catch (Exception){// 处理异常}
}public async Task<int> ExampleMethodAsync()
{var httpClient = new HttpClient();int exampleInt = (await httpClient.GetStringAsync("http://msdn.microsoft.com")).Length;return exampleInt;
}

执行流程：​​

• 用户点击按钮 StartButton，触发StartButton_Click方法(async方法)。
• 调用 ExampleMethodAsync()方法(async方法)。先同步执行 var httpClient = new HttpClient();然后执行到 await httpClient.GetStringAsync(...)：
  • 控制权​​立刻交还给​​ StartButton_Click方法。
  • 遇到 await！ExampleMethodAsync方法​​在此处暂停​​。GetStringAsync​​启动​​网络请求（去微软网站下载内容）。
  • StartButton_Click方法在 await ExampleMethodAsync()这里也暂停了（因为它也在 await）。控制权最终交还给系统的​​消息循环​​（负责处理界面点击、刷新的核心部分）。
    • 关键点：此时，网络请求在后台进行，但你的程序界面是完全自由的！你可以拖动窗口、点其他按钮！​​
  • 经过一段时间，网络请求完成了。系统安排程序​​回到暂停的地方继续执行​​：
    • 首先回到 ExampleMethodAsync中 await后面：拿到下载的网页内容，计算长度 (Length)，赋值给 exampleInt,然后return，ExampleMethodAsync完成。
  • ExampleMethodAsync返回结果后，StartButton_Click中 await ExampleMethodAsync()也完成了，拿到返回值 length。完成

1.3 补充

我们来重点解释一下 ​​“调用 async void方法的人无法 await它，也很难捕获它内部的异常”​​ 

先来看一下普通（同步）方法：

当 B调用 A时，如果 A内部抛出异常，这个异常会“冒泡”到 B的 catch块，可以被捕获和处理。这是标准的异常处理流程。

void A()
{throw new Exception("Oops!"); // 抛出一个异常
}void B()
{try{A(); // 调用可能抛出异常的方法}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"{ex.Message}"); // 可以在这里捕获异常}
}

现在，换成 async void方法：​

async void A()
{await Task.Delay(1000); // 模拟一些异步操作throw new Exception("Big Oops in Async Void!"); // 在异步操作后抛出异常
}void B()
{try{A(); // 调用 async void 方法}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"{ex.Message}"); // 这行代码能捕获到异常吗？}
}

​​问题出在哪里？​​

无法 await：​​

• B调用 A()。因为 A返回 void，而不是 Task或 Task<T>，所以 B​​没有办法在调用后面写 await​​。
• A()调用会​​立即返回​​（在遇到第一个 await之前或之后不久）。B的 try块​​瞬间就执行完毕了​​，catch块也瞬间就过去了。
• 此时，A内部的异步操作（Task.Delay）还在后台进行。

异常发生在“未来”：​​

• 异常是在 A内部的 await Task.Delay(1000);​​完成之后​​才抛出的（throw new Exception...）。
• 这时，B的 try/catch块​​早就执行完了​​！它已经“不在现场”了，无法捕获这个发生在未来的异常。

异常去了哪里？​​

• 因为调用者（B）无法 await并因此无法关联到 A最终完成的状态（成功或失败），这个异常就​​丢失了正常的传播路径​​。
• 在 ​​GUI 应用程序（如 WPF, WinForms）​中，这类未捕获的异步异常通常会触发应用程序级别的全局异常事件（例如 Application.Current.DispatcherUnhandledException）。如果你没有处理这个全局事件，应用程序​​可能会直接崩溃​​。
• 在 ​​ASP.NET Core​​ 中，未捕获的异步异常会导致服务器记录错误，并可能终止当前请求的处理，返回 500 错误给客户端。
• 在 ​​控制台应用程序​​ 中，这样的异常通常会导致进程崩溃。

为什么 async Task就没有这个问题？​​

async Task A()
{await Task.Delay(1000);throw new Exception("Ooops in Async Task!");
}async Task B()
{try{await A(); // 关键：这里可以 await！}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"{ex.Message}"); // 可以在这里捕获异常}
}

• A返回一个 Task。这个 Task对象代表了整个异步操作的​​状态​​（进行中、已完成、出错）。
• B使用 await A();。
  • await会挂起 B，直到 A返回的 Task​​完成​​（无论是成功完成还是出错）。
  • 如果 A内部抛出了异常，这个异常会被“打包”进它返回的那个 Task对象中，标记为“失败”状态。
• 当 await发现它等待的 Task是失败状态时，它会​​解包​​这个 Task，并将其中包含的异常​​重新抛出​​在 B的上下文中。
• 因为 await语句位于 B的 try块内，所以这个重新抛出的异常会被下面的 catch块捕获到。

2.static

2.1 用途

它主要解决一个问题：​​这个东西是属于“模板”本身的，还是属于用“模板”做出来的“东西”？​

想象一下做饼干：

​​饼干模具（类 - class）​​： 这就是模板，定义了饼干是什么样子（有什么形状、花纹）。

做出来的饼干（对象 - object）​​： 用模具压出来的一个个具体的饼干。每个饼干有自己的位置、被谁吃了，但它们的花纹都一样（来自模具）。

现在，static的作用就是标记那些​​属于模具本身​​的东西，而不是属于某个具体的饼干。

核心概念：​​

非static（实例成员）

• 属于对象​​：每个对象都有自己的副本
• 需要先创建对象​​才能使用
• 存储对象的状态​​（如人的身高、体重）
• 通过对象访问​​：对象.成员名

static（静态成员）

• ​​属于类本身​​：只有一份副本
• 不需要创建对象​​就能使用
• ​​存储类的共享状态​​（如公司员工总数）
• ​​通过类名访问​​：类名.成员名

2.2 示例

2.2.1 基本静态字段和方法

• Count属于模板（记录所有对象的计数器）→ static

• InstanceId属于具体对象（每个对象的唯一ID）→ 非static

• DisplayTotal属于模板（显示类级别的信息）→ static

Counter.DisplayTotal(); // 输出: 总实例数: 0var c1 = new Counter();
var c2 = new Counter();
var c3 = new Counter();Counter.DisplayTotal(); // 输出: 总实例数: 3Console.WriteLine($"c1 ID: {c1.InstanceId}"); // 输出: c1 ID: 1
Console.WriteLine($"c2 ID: {c2.InstanceId}"); // 输出: c2 ID: 2
Console.WriteLine($"c3 ID: {c3.InstanceId}"); // 输出: c3 ID: 3public class Counter
{// 静态字段 - 属于类本身，所有实例共享public static int Count = 0;// 实例字段 - 每个对象有自己的副本public int InstanceId;public Counter(){// 每次创建新对象时增加计数器Count++;InstanceId = Count;}// 静态方法 - 通过类名访问public static void DisplayTotal(){Console.WriteLine($"总实例数: {Count}");}
}

2.2.2 静态类（工具类）

• MathUtils是静态类，不能创建实例

• 所有方法都是静态的，通过类名直接调用

• 适合创建工具类，不需要对象状态

double area = MathUtils.CircleArea(5);
Console.WriteLine($"圆面积: {area}"); // 输出: 圆面积: 78.54...// 静态类 - 不能实例化，只能包含静态成员
public static class MathUtils
{// 静态方法 - 计算圆的面积public static double CircleArea(double radius){return Math.PI * radius * radius;}
}

2.2.3 静态构造函数

• 静态构造函数在类首次使用前自动执行

• 用于初始化静态字段

• 整个程序生命周期只执行一次

// 第一次使用类时触发静态构造函数
ConfigLoader.ShowConfig(); // 输出: 加载配置... 从配置文件读取的数据public class ConfigLoader
{// 静态字段public static readonly string ConfigData;// 静态构造函数 - 在类首次使用前自动执行static ConfigLoader(){Console.WriteLine("加载配置...");ConfigData = "从配置文件读取的数据";}public static void ShowConfig(){Console.WriteLine(ConfigData);}
}

2.2.4 静态局部函数

• Multiply是静态局部函数，只能使用传入的参数

• Add是非静态局部函数，可以访问外部变量

• 静态局部函数更安全，不依赖外部状态

int a = 10;
int b = 5;// 静态局部函数 - 不能访问外部变量a和b
static int Multiply(int x, int y) => x * y;// 非静态局部函数 - 可以访问外部变量
int Add() => a + b;Console.WriteLine($"乘法: {Multiply(3, 4)}"); // 输出: 乘法: 12
Console.WriteLine($"加法: {Add()}");        // 输出: 加法: 15

2.2.5 静态字段共享问题

var acc1 = new BankAccount(1000);
var acc2 = new BankAccount(2000);acc1.ApplyInterest();
Console.WriteLine($"账户1余额: {acc1.Balance}"); // 1030// 修改静态字段会影响所有实例
BankAccount.InterestRate = 0.05m; // 改为5%acc2.ApplyInterest();
Console.WriteLine($"账户2余额: {acc2.Balance}"); // 2100
public class BankAccount
{// 静态字段 - 所有账户共享// decimal是 C# 中用于高精度十进制计算的类型，特别适合处理财务和货币计算// 必须使用 m后缀表示 decimal字面量public static decimal InterestRate = 0.03m; // 3%// 实例字段public decimal Balance { get; private set; }public BankAccount(decimal initial){Balance = initial;}public void ApplyInterest(){Balance += Balance * InterestRate;}
}

学到了这里，咱俩真棒，记得按时吃饭（废寝可以，忘食不行~）

【本篇结束，新的知识会不定时补充】

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