C# 函式完整指南：參數、回傳值、多載、委派、非同步與 P/Invoke

函式基礎語法

// 無參無回傳
void Greet() => Console.WriteLine("Hello");

// 有參有回傳
int Add(int a, int b) => a + b;

// 表達式主體 (C# 6+)
int Square(int x) => x * x;

// 區塊主體
int Factorial(int n)
{
    if (n <= 1) return 1;
    return n * Factorial(n - 1);
}

參數傳遞模式

範例

void Swap(ref int a, ref int b) { int t = a; a = b; b = t; }

bool TryParse(string s, out int result) 
{ 
    result = 0; 
    return int.TryParse(s, out result); 
}

int Sum(params int[] numbers)
{
    int sum = 0;
    foreach (var n in numbers) sum += n;
    return sum;
}

// 呼叫
int x = 1, y = 2; Swap(ref x, ref y); // x=2, y=1
TryParse("123", out int v);           // v=123
Sum(1, 2, 3, 4, 5);                   // 15

方法多載

• 同名、不同參數清單 (型別、數量、順序)。
• 回傳型別不參與多載解析。
• ref/out/in 屬於簽章一部分 (可區分 void M(int) 與 void M(ref int))。

委派

本質

委派是型別安全的函式指標，封裝方法簽章。支援多播 (鏈結多個方法)。

聲明與使用

// 聲明委派型別
delegate double BinaryOp(double x, double y);

class Calculator
{
    static double Add(double a, double b) => a + b;
    static double Sub(double a, double b) => a - b;
    static double Mul(double a, double b) => a * b;
    static double Div(double a, double b) => a / b;
}

var op = new BinaryOp(Calculator.Add);
Console.WriteLine(op(3, 2)); // 5

// 多播
BinaryOp multi = Calculator.Add;
multi += Calculator.Sub;
multi += Calculator.Mul;
// 呼叫時依序執行，回傳最後一個結果
Console.WriteLine(multi(10, 5)); // 50 (10*5)

內建委派

• Action / Action<T...>：無回傳。
• Func<T..., TResult>：有回傳。
• Predicate<T>：回傳 bool。

Func add = (a, b) => a + b;
Action print = Console.WriteLine;

非同步方法

// TAP 模式
public async Task DownloadAsync(string url)
{
    using var http = new HttpClient();
    return await http.GetStringAsync(url);
}

// 並行執行
var tasks = urls.Select(DownloadAsync);
var results = await Task.WhenAll(tasks);

• async 修飾詞啟用 await。
• 回傳 Task/Task<T>/ValueTask<T>。
• 編譯器生成狀態機，非阻塞釋放執行緒。

P/Invoke：呼叫非受控代碼

using System.Runtime.InteropServices;

class NativeMethods
{
    [DllImport("user32.dll", CharSet = CharSet.Auto, SetLastError = true)]
    public static extern int MessageBox(IntPtr hWnd, string text, string caption, uint type);
}

// 呼叫
NativeMethods.MessageBox(IntPtr.Zero, "Hello", "P/Invoke", 0);

關鍵屬性

• DllImport：指定 DLL、字元集、錯誤處理、呼叫慣例。
• MarshalAs：控制參數/回傳值封送 (字串、陣列、結構體)。
• SetLastError：保留 Win32 錯誤碼 (Marshal.GetLastWin32Error())。

最佳實踐總結

1. 單一職責：函式做一件事，名稱動詞開頭 (CalculateTotal)。
2. 參數設計：輸入用值/in，輸出用 out，雙向用 ref，集合用 params/IEnumerable。
3. 不可變性：偏好傳回新物件而非修改參數。
4. 非同步優先：I/O 操作全面採用 async/await。
5. 委派解耦：回呼、策略、事件皆用委派/介面。
6. P/Invoke 謹慎：正確宣告簽章、記憶體管理、錯誤處理，優先找 .NET 替代 API。

總結

函式是程式碼組織的基本單元。從參數傳遞語意、多載解析、委派多播、非同步狀態機到非受控互操作，掌握每層機制的語意、效能、正確性權衡，能寫出高品質、可維護、高效能的 C# 代碼。