作为一名资深软件工程师，我深知在实际项目中掌握C#高级概念的价值所在。本指南将深入探讨每个C#开发人员都应该了解的重要且影响力大的特性，并辅以实际示例和最佳实践，以提升代码质量、可维护性以及性能。

继承：构建健壮的类层次结构

继承在面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）中是基础性的概念，但如果使用不当，可能会使代码变得复杂。以下是如何充分利用继承来构建清晰、易于管理的层次结构的方法。

实际示例

考虑一个电子商务应用程序，我们针对高级用户采用不同的支付处理方式：

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)
    {
        // 高级用户的费用可享受50%的折扣
        return base.CalculateFee(amount) * 0.5m;
    }
}

最佳实践

• 保持层次结构浅显：为简单起见，将层级限制在3层以内。

• 谨慎使用虚方法：仅在必要时进行重写。

• 对于复杂关系，优先选择组合而非继承。

基于接口的编程：实现灵活性与可测试性

接口能够使系统更灵活、更易于测试，减少依赖关系并提高可维护性。

实际示例

对于订单验证流程，通过一个接口来定义其行为：

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

public class InternationalOrderValidator : IOrderValidator
{
    public bool ValidateOrder(Order order)
    {
        // 针对国际订单的自定义验证
        return true;
    }

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

最佳实践

• 围绕行为进行设计，而非数据：让接口专注于操作，而非属性。

• 单一职责原则：每个接口都应代表一种功能或行为。

• 使用依赖注入：注入接口以便更轻松地进行测试并提高灵活性。

委托和事件：实现响应式应用程序

委托和事件能让你高效地处理异步事件，这对于现代的响应式应用程序至关重要。

实际示例

实现一个事件驱动的订单处理器，在订单处理完成时发送通知：

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

    public void ProcessOrder(Order order)
    {
        // 订单处理逻辑
        OnOrderProcessed(order);
    }

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

最佳实践

• 使用EventHandler<T>：在大多数情况下使用这个泛型委托。

• 在触发事件前检查是否为空，以避免错误。

• 避免内存泄漏：对于生命周期较长的对象，考虑使用弱事件模式。

异常处理：构建健壮的应用程序

在生产环境中，有效的异常处理至关重要。如果处理得当，能够使应用程序更可靠、更便于用户使用。

实际示例

以下是在仓储类中处理数据库异常的一个示例：

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($"数据库错误：{ex.Message}");
            throw new RepositoryException("获取客户失败", ex);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Logger.LogError($"意外错误：{ex.Message}");
            throw;
        }
    }
}

最佳实践

• 只捕获你能够处理的异常：捕获那些你能有效管理的特定异常。

• 使用自定义异常：针对特定领域使用自定义异常，以便清晰地跟踪错误。

• 保留内部异常：保留内部异常的详细信息，以便调试。

线程安全：构建并发应用程序

在处理并发操作的应用程序中，线程安全至关重要，它能确保共享数据免受冲突影响。

实际示例

以下示例展示了如何使用ConcurrentDictionary实现一个线程安全的缓存：

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);
    }
}

最佳实践

• 使用并发集合：选择像ConcurrentDictionary这样的线程安全的数据结构。

• 优先使用async/await：为了简单和性能考虑，避免使用原生线程操作。

• 尽量减少锁的使用：谨慎使用锁，并缩小临界区范围。

属性（Attributes）：添加元数据以实现更简洁的代码

属性允许你为类添加元数据，增强灵活性并减少重复代码。

实际示例

在这个示例中，属性用于标注一个API响应模型的属性：

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

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

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

最佳实践

• 只要内置属性能满足需求，就优先使用它们。

• 针对独特的、特定领域的元数据创建自定义属性。

• 全面记录属性的使用情况，明确其用法和用途。

掌握诸如继承、基于接口的编程、委托、异常处理、线程安全以及属性这些C#高级概念，能让你编写出健壮、可扩展且易于维护的代码。这些技术对于构建满足当今高可靠性和高性能标准的应用程序来说必不可少。

关键要点

• 继承：谨慎使用，在适当的时候优先选择组合。

• 接口：围绕行为进行设计，促进可测试的代码编写。

• 委托和事件：用于事件驱动和响应式应用程序。

• 异常处理：使用自定义异常有意义地处理错误。

• 线程安全：确保对共享资源的并发访问是安全的。

• 属性：利用元数据来编写更简洁、结构良好的代码。