C#9.0新特性详解——顶级程序语句（Top-Level Programs)

1 背景与动机

通常，如果只想用C#在控制台上打印一行“Hello World！”，这可不是Console.WriteLine("Hello World!");一条语句就可以搞定的，还涉及到其他必要基础代码（如定义类和入口函数Main），例如下面：

using System;
class Program
{
  static void Main()
  {
    Console.WriteLine("Hello World!");
  }
}

就打印一句“Hello World!”，就这么多代码。这个不仅对于初学者来说麻烦，而且使得代码凌乱，并且增加了缩进层级。为了解决这些问题，就提出了顶级代码语句这个新特性。

2 顶级语句

2.1 介绍

在C#9.0中，将Class的定义和主函数Main的声明省略掉，只写出你的核心业务代码，就成了顶级语句。上面这段代码，我们可以用顶级语句写为：

using System;

Console.WriteLine("Hello World!");

这样，代码简洁清晰了很多，易于初学者理解。是不是有点写Python的感觉？当然，任何语句都是允许的。如果你想返回值，你可以那样做；你想用await，也可以那样做；如果你想访问命令行参数，args也是可用的；你想使用本地函数，也是可以的。

虽然可以使用任何代码，但是有一些规则要求必须遵守：

• 顶级语句必须放在using语句代码后面
• 顶级语句必须用在任何类型或者命名空间声明的前面
• 顶级语句只能写在一个源代码文件里，像如今只能写一个main方法一样。
• 顶级语句中定义的本地函数和变量，在顶级代码段外部的任何地方调用他们都会产生错误。

下面这段代码就是一个比较好的示例：

using static System.Console;
using System.Threading.Tasks;

WriteLine("Hello,");
Print(args[0]);
await Task.Delay(1000);
return 0;

void Print(string arg)
{
  WriteLine(arg);
}

2.2 原理

我们知道，C#作为面向对象的编程语言，一切类型都是面向对象的，要有类型和成员定义。顶级语句表面看着好像违反了这一规则，实际上没有。这是因为，顶级语句最终还是在编译的时候，被作为全局命空间中Program类的Main方法体中一段代码一起自动生成。如下所示：

static class Program
{
  static async Task Main(string[] args)
  {
    // 顶级语句
  }
}

需要注意的是，这里的类名Program和方法名Main只是用来举例，其实在编译器生成的不是这个名字。我们可以通过查看IL代码确认这一点：

根据在顶级语句中是否有异步操作和返回值的情况，生成的入口函数签名也是不同的。具体如下面表格所示：

例如上面代码，生成的入口函数<Main>$就如下代码所示：

static class Program
{
  async static Task<int> Main(string[] args)
  {
    WriteLine("Hello");
    Print(args[0]);
    await Task.Delay(1000);
    return 0;

    void Print(string arg)
    {
      WriteLine(arg);
    }
  }
}

3 结束语

使用顶级语句能简化我们的编码工作，使代码看起来简洁清晰，对初学者也很友好，本质上也未改变C#的语言的原有的语法结构，任何语句都可以使用，没有产生额外的限制，从这些方面来说，是一个值得肯定的变化。