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= C#扩展方法 =

== 介绍 ==
'''扩展方法'''是C# 3.0引入的一项强大特性，它允许开发者在不修改原始类定义的情况下，为现有类型添加新的方法。这些方法看起来像是类的原生方法，但实际上是在类外部定义的静态方法。扩展方法的主要目的是增强代码的可读性和灵活性，同时避免继承或修改现有代码库。

扩展方法的关键特点：
* 必须定义在静态类中
* 必须是静态方法
* 第一个参数使用<code>this</code>关键字修饰，表示要扩展的类型
* 调用时不需要传递第一个参数（由编译器自动处理）

== 语法基础 ==
扩展方法的基本语法结构如下：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class ExtensionMethods
{
    public static ReturnType MethodName(this TypeToExtend target, [其他参数])
    {
        // 方法实现
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 简单示例 ===
下面是一个为<code>string</code>类型添加扩展方法的例子：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class StringExtensions
{
    public static bool IsNullOrEmpty(this string str)
    {
        return string.IsNullOrEmpty(str);
    }
}

// 使用示例
string testString = "";
bool result = testString.IsNullOrEmpty(); // 返回true
</syntaxhighlight>

== 工作原理 ==
扩展方法是通过编译器转换实现的语法糖。当编译器遇到扩展方法调用时，它会将其转换为对静态方法的普通调用。

例如：
<syntaxhighlight lang="csharp">
// 这样调用扩展方法
testString.IsNullOrEmpty();

// 实际上被编译为
StringExtensions.IsNullOrEmpty(testString);
</syntaxhighlight>

<mermaid>
graph LR
    A[调用扩展方法 obj.ExtensionMethod()] --> B[编译器查找匹配的静态类]
    B --> C[找到包含this参数的静态方法]
    C --> D[转换为静态方法调用 StaticClass.ExtensionMethod(obj)]
</mermaid>

== 实际应用案例 ==

=== 集合操作扩展 ===
LINQ就是基于扩展方法构建的经典案例。我们也可以创建自己的集合扩展：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class CollectionExtensions
{
    public static void AddRange<T>(this ICollection<T> collection, IEnumerable<T> items)
    {
        foreach (var item in items)
        {
            collection.Add(item);
        }
    }
}

// 使用示例
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
numbers.AddRange(new[] { 4, 5, 6 }); // 现在numbers包含1-6
</syntaxhighlight>

=== 数值处理扩展 ===
为数值类型添加有用的计算方法：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class NumericExtensions
{
    public static bool IsBetween(this int value, int min, int max)
    {
        return value >= min && value <= max;
    }
    
    public static double ToRadians(this double degrees)
    {
        return degrees * Math.PI / 180.0;
    }
}

// 使用示例
int age = 25;
bool isAdult = age.IsBetween(18, 65); // true

double angle = 90.0;
double radians = angle.ToRadians(); // 1.5707963267948966
</syntaxhighlight>

== 高级主题 ==

=== 扩展方法与继承 ===
扩展方法遵循以下解析规则：
1. 实例方法优先于扩展方法
2. 当多个扩展方法同名时，选择最具体的类型匹配
3. 命名空间中的扩展方法需要先导入

=== 泛型扩展方法 ===
可以为泛型类型创建扩展方法：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class GenericExtensions
{
    public static T Max<T>(this IEnumerable<T> source) where T : IComparable<T>
    {
        if (!source.Any()) throw new InvalidOperationException("序列为空");
        
        T max = source.First();
        foreach (T item in source)
        {
            if (item.CompareTo(max) > 0)
                max = item;
        }
        return max;
    }
}

// 使用示例
List<int> numbers = new List<int> { 3, 1, 4, 1, 5, 9 };
int maxNumber = numbers.Max(); // 9
</syntaxhighlight>

=== 扩展接口 ===
可以为接口定义扩展方法，这样所有实现该接口的类都能使用这个方法：

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class InterfaceExtensions
{
    public static void Log(this ILogger logger, string message, LogLevel level)
    {
        logger.Log($"[{level}] {DateTime.Now}: {message}");
    }
}

public interface ILogger
{
    void Log(string message);
}

// 任何实现ILogger的类现在都有Log(message, level)方法
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
1. '''谨慎使用'''：只在确实需要增强现有类型功能时使用，避免过度使用
2. '''命名空间'''：将扩展方法放在专门的命名空间中，需要时再导入
3. '''命名约定'''：扩展方法类通常以"Extensions"后缀命名
4. '''文档注释'''：为扩展方法提供完整的XML文档注释
5. '''性能考虑'''：避免在频繁调用的热路径中使用复杂的扩展方法

== 限制与注意事项 ==
* 不能扩展静态类
* 不能覆盖现有方法
* 扩展属性（使用get/set方法模拟）
* 扩展方法在动态代码（dynamic）中不可用
* 优先级低于实例方法

== 数学扩展示例 ==
使用<math>标签展示数学相关的扩展方法：

<math>e^{i\pi} + 1 = 0</math>

<syntaxhighlight lang="csharp">
public static class MathExtensions
{
    public static double StandardDeviation(this IEnumerable<double> values)
    {
        double avg = values.Average();
        double sumOfSquares = values.Sum(v => Math.Pow(v - avg, 2));
        return Math.Sqrt(sumOfSquares / (values.Count() - 1));
    }
}

// 使用示例
double[] data = { 1.2, 2.3, 3.4, 4.5 };
double stdDev = data.StandardDeviation();
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
C#扩展方法是一种强大的语言特性，它允许开发者以优雅的方式扩展现有类型的功能，而无需修改原始代码或创建派生类。通过合理使用扩展方法，可以提高代码的可读性和可维护性，同时保持类型系统的整洁性。

关键要点：
* 扩展方法是静态方法，但可以像实例方法一样调用
* 使用<code>this</code>关键字标记要扩展的类型
* 在专门的静态类中定义扩展方法
* 遵循良好的命名和组织规范
* 了解其限制和适用场景

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[[Category:C Sharp 高级类特性]]