C# 核心語法入門（一）：Hello World、記憶體管理、型別系統

編輯：關於C語言

前言

C# 結合 C/C++ 效能與 Visual Basic 生產力，是 .NET 平台旗艦語言。本系列帶您從零建立扎實語法基礎，本集涵蓋第一支程式、自動記憶體管理、值/參考型別核心觀念。

1. Hello, World 解析

using System;

class Hello
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Hello, world");
    }
}

關鍵觀念

命名空間：using System; 匯入 System 命名空間，簡化 System.Console 為 Console
類別包裹：C# 無全域函數/變數，所有程式碼必須在型別內部
Main 進入點：static void Main() 或 static int Main(string[] args)
類別庫相依：C# 本身無類別庫，使用 .NET 共用類別庫（BCL）
無前置宣告：宣告順序不影響編譯
符號式相依：無 #include，以組件參考取代文字包含

編譯執行

csc hello.cs   // 產生 hello.exe
hello.exe      // 輸出 Hello, world

2. 自動記憶體管理：告別手動管理

垃圾收集器 (GC) 工作原理

參考型別物件配置於 Managed Heap
採用標記-壓縮演算法，追蹤根參考（Stack、Static、CPU 暫存器）
不可達物件標記為垃圾，下次 GC 回收記憶體
非決定性終結：無法預測 Finalize 執行時機

範例：Stack 類別自動管理 Node 節點

public class Stack
{
    private Node _first = null;
    public bool Empty => _first == null;

    public object Pop()
    {
        if (_first == null) throw new InvalidOperationException("Empty stack");
        object val = _first.Value;
        _first = _first.Next; // 釋放參考，Node 變不可達 → 符合 GC 回收資格
        return val;
    }

    public void Push(object o) => _first = new Node(o, _first);

    private class Node
    {
        public Node Next;
        public object Value;
        public Node(object v, Node n) { Value = v; Next = n; }
    }
}

Unsafe 程式碼：需要時才開啟

unsafe 關鍵字標記區塊/方法
fixed 釘住陣列防止 GC 移動
指標操作：byte* p = &arr[0];
編譯需 /unsafe 參數，執行需 SecurityPermission

3. 型別系統：值型別 vs 參考型別

分類對照

類別	型別範例	儲存位置	指派語意
值型別	int, double, bool, char, struct, enum	Stack (或內嵌於物件內)	複製資料副本
參考型別	class, interface, delegate, array, string	Heap (參考在 Stack)	複製參考指向同一物件

行為差異示範

// 值型別：各自獨立
int val1 = 0;
int val2 = val1; // 複製值
val2 = 123;
Console.WriteLine(val1); // 0

// 參考型別：共享物件
class Class1 { public int Value; }
var ref1 = new Class1();
var ref2 = ref1;        // 複製參考
ref2.Value = 123;
Console.WriteLine(ref1.Value); // 123

自訂型別宣告

// 列舉
public enum Color { Red, Blue, Green }

// 結構（值型別）
public struct Point { public int X, Y; }

// 介面
public interface IBase { void F(); }
public interface IDerived : IBase { void G(); }

// 類別（參考型別）
public class A { protected void H() => Console.WriteLine("A.H"); }
public class B : A, IDerived
{
    public void F() => Console.WriteLine("B.F");
    public void G() => Console.WriteLine("B.G");
}

// 委派
public delegate void EmptyDelegate();