C# 學習筆記整理

一、程式執行基礎

1.1 程式入口點 (Entry Point)

• 主程式會尋找包含 Main() 方法的類別，而非特定名稱的類別
• Program 只是慣例名稱，不是規定
• 編譯器會搜尋整個專案中哪個類別包含 static void Main()

1.2 Main() 方法特性

• static：屬於類別本身，CLR 可以直接呼叫，不需建立物件
• void / int：可選擇是否回傳結束狀態碼
• Main：.NET 語言規範定義的保留名稱

1.3 多個 Main() 的處理

• 一個應用程式只能有一個 entry point
• 若有多個 Main()，編譯器會報錯
• 解決方式：
  • Visual Studio：專案屬性 → 應用程式 → 啟動物件
  • 命令列：csc /main:ClassName
  • 多專案方案：各專案有各自的 Main()

1.4 Top-level Statements (C# 9+)

• 可省略 class 和 Main()，直接在檔案最上方寫程式碼
• 編譯器會自動生成隱藏的 class 與 Main()

二、CLR 與執行機制

2.1 CLR (Common Language Runtime)

• .NET 的核心執行引擎，類似虛擬機器
• 功能：記憶體管理、型別安全、例外處理、垃圾回收、多執行緒、安全性檢查

2.2 執行流程

1. 執行 dotnet run
2. CLR 啟動並載入程式組件 (.exe)
3. CLR 檢查組件中的 entry point
4. CLR 呼叫 Main() 方法

2.3 編譯過程

C# 原始碼 → 編譯成 IL → 打包進 .exe/.dll → 執行時 CLR 載入 IL → JIT 轉成機器碼 → CPU 執行

三、記憶體管理

3.1 Stack (堆疊)

• 儲存：區域變數、函式參數、返回位址
• 特性：速度快、自動管理、LIFO (後進先出)
• 釋放時機：函式執行結束時自動釋放

3.2 Heap (堆積)

• 儲存：物件實體、動態分配的資料
• 特性：空間大、彈性高、需要 GC 管理
• 釋放時機：GC 偵測到無參考時回收

3.3 參考型別 vs 值型別

四、資料型別

4.1 基本型別

• int：4 byte (32 bit)
• float：4 byte，精度 7 位
• double：8 byte (預設小數型別)
• decimal：16 byte，高精度
• char：2 byte (UTF-16 編碼)
• bool：1 byte
• short：2 byte
• byte：1 byte (8 bit)

4.2 字串 (string)

• 參考型別，但具有不可變性 (Immutable)
• 變數存在 Stack，字串物件存在 Heap
• 修改字串會建立新物件，而非修改原物件

4.3 陣列 (Array)

• 參考型別
• 陣列本體在 Heap，變數 (reference) 在 Stack
• 傳遞陣列時傳的是參考，修改會影響原陣列

4.4 型別轉換

• 隱式轉換：小型別 → 大型別 (如 int → float)
• 顯式轉換：大型別 → 小型別 (需強制轉型)
• 轉換順序：int → float → double → decimal
• 枚舉轉換：
  • enum → int：允許 (int)myEnum
  • int → enum：必須 (MyEnum)myInt

五、存取修飾詞

六、物件導向概念

6.1 三大特性

• 封裝 (Encapsulation)：隱藏內部實作細節
• 繼承 (Inheritance)：子類別繼承父類別特性
• 多型 (Polymorphism)：同一介面不同實作

6.2 類別成員

• 欄位 (Field)：類別的資料成員
• 方法 (Method)：類別的行為
• 建構子 (Constructor)：初始化物件
• this 關鍵字：指向當前物件的參考

6.3 變數解析順序

在方法內使用變數時，編譯器依序查找：

1. 方法的區域變數
2. 方法的參數
3. 類別的欄位

當有命名衝突時，使用 this. 明確指定類別欄位

七、介面與設計原則

7.1 介面 (Interface)

• 只定義行為契約，不包含實作
• 用於降低耦合 (Coupling)
• 支援多型，不同實作可互換
• 便於測試 (可用假物件)

7.2 耦合 (Coupling)

• 高耦合：模組間依賴程度高，修改影響大
• 低耦合：模組間依賴程度低，修改影響小
• 介面可有效降低耦合

7.3 里氏替換原則 (LSP)

• 子類別必須能夠完全替代父類別
• 不違背父類別的承諾
• 提高可擴展性與維護性

八、泛型 (Generics)

8.1 泛型概念

• 型別的模板，先不指定具體型別
• 使用時再指定實際型別
• 編譯時型別綁定 (compile-time type binding)

8.2 泛型優點

• 省程式碼：一次邏輯支援多種型別
• 型別安全：編譯時期檢查
• 效能佳：避免 boxing/unboxing

8.3 IEnumerable<T>

• 能逐一列舉元素的集合介面
• 適合用來回傳資料的標準型別
• 通用且不綁死具體實作

九、專案與引用管理

9.1 專案結構

• bin/：最終輸出 (.exe, .dll)
• obj/：中繼檔案 (編譯過程暫存)
• 兩者都不應加入 Git

9.2 using vs 引用

• using：語法糖，省略完整命名空間
• 引用 (Reference)：建立專案/DLL 依賴關係
• 必須先有引用，using 才有意義

9.3 引用方式

• 專案引用：開發階段方便同步更新
• DLL 引用：直接使用已編譯組件
• NuGet 引用：使用 <PackageReference>

9.4 編譯時 vs 執行時引用

• 編譯時：/reference 參數，型別檢查
• 執行時：Assembly.Load，動態載入 (用於 Plugin 架構)

9.5 NuGet

• .NET 的套件管理工具
• 類似 npm (Node.js) 或 pip (Python)
• Package Manager Console：Visual Studio 的 PowerShell 視窗

十、進階語法與特性

10.1 擴充方法 (Extension Method)

• 不改變原類別，新增方法
• 必須在靜態類別中定義
• 方法必須是靜態的
• 第一個參數使用 this 關鍵字

10.2 參數傳遞

• ref：已有值，要讓方法修改
• out：沒有值，要讓方法提供輸出
• 兩者都是參考傳遞 (pass by reference)

10.3 例外處理

• try-catch：捕捉例外
• Exception.Message：例外訊息
• Exception.StackTrace：呼叫堆疊
• int.TryParse：安全的型別轉換，失敗時 result = 0

十一、運算子與控制流程

11.1 運算子優先順序

括號 → 乘除 → 加減 → 比較 → 邏輯 → 左到右

• && (AND) 優先於 || (OR)

11.2 邏輯運算子差異

11.3 除法運算

• /：除法 (整數除法會捨棄小數)
• %：取餘數 (modulo)
• 整數運算會自動提升型別

11.4 三元運算子

• 語法：condition ? value_if_true : value_if_false
• 必須有回傳值
• 在字串插值中使用時建議加括號

11.5 控制結構

• switch：case 必須接常量，最後必須 break
• continue：跳過本次迴圈，進入下一次
• break：跳出迴圈
• do-while：至少執行一次

十二、多執行緒

12.1 CPU 與執行緒

• 核心 (Core)：CPU 的運算單元
• 超執行緒 (Hyper-Threading)：一個核心模擬兩個邏輯核心
• 執行緒 (Thread)：程序的最小執行單位

12.2 C# 多執行緒

• Thread：基本執行緒
• ThreadPool：執行緒池
• Task (TPL)：平行程式庫，支援 async/await

十三、其他重要概念

13.1 Stack<T> vs CPU Stack

• Stack<T>：C# 的泛型資料結構
• CPU Stack：電腦硬體的記憶體區域
• 兩者都是 LIFO，但用途不同

13.2 靜態類別生命週期

• 不會被 GC 回收
• 存活到 AppDomain 卸載為止

13.3 Unicode

• 全球統一的字元編碼標準
• 每個字元有唯一編號 (code point)
• C# 的 char 使用 UTF-16 編碼
• 超過 U+FFFF 的字元需要代理對 (surrogate pair)

13.4 變數初始化

十四、常用快捷鍵

• Ctrl+K, Ctrl+C：多行註解
• Ctrl+K, Ctrl+U：取消註解
• Ctrl+K：刪除該行