C#高級特性面試問題的詳細分析，涵蓋核心概念、應用場景和最佳實踐

序列化與反序列化

1. 什么是序列化和反序列化？用途是什么？

// 序列化示例
Person person = new Person { Name = "Alice", Age = 30 };
string json = JsonSerializer.Serialize(person); // 序列化為JSON// 反序列化示例
Person deserialized = JsonSerializer.Deserialize<Person>(json);
  • 核心概念：
    • 序列化：將對象狀態轉換為可存儲/傳輸格式（如JSON、XML、二進制）
    • 反序列化：將數據流還原為對象
  • 關鍵用途：
    • 網絡傳輸（API通信）
    • 數據持久化（保存到文件/數據庫）
    • 進程間通信
    • 緩存機制

2. JSON vs XML 序列化的優缺點

特性JSONXML
可讀性高（輕量級）中（標簽冗余）
數據體積小（無標簽）大（標簽占40%+空間）
解析性能快（比XML快2-10倍）慢（DOM解析復雜）
類型安全弱（無schema）強（XSD支持）
二進制支持Base64編碼原生支持（CDATA）
適用場景Web API、移動應用企業系統、SOAP服務

3. 循環引用處理

// Newtonsoft.Json解決方案
var settings = new JsonSerializerSettings {ReferenceLoopHandling = ReferenceLoopHandling.Ignore
};
string json = JsonConvert.SerializeObject(obj, settings);// System.Text.Json解決方案
options.ReferenceHandler = ReferenceHandler.Preserve;
  • 根本原因：對象相互引用形成閉環（如 Parent.Child 和 Child.Parent）
  • 解決方案：
    1. 忽略循環引用（ReferenceLoopHandling.Ignore）
    2. 使用[JsonIgnore]標記屬性
    3. DTO模式（僅序列化必要數據）
    4. 自定義ID追蹤（PreserveReferencesHandling）

4. 自定義序列化

// 實現ISerializable接口
[Serializable]
public class CustomObject : ISerializable
{public void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context){info.AddValue("customField", _value);}protected CustomObject(SerializationInfo info, StreamingContext context){_value = info.GetString("customField");}
}// JSON自定義轉換器
public class DateTimeConverter : JsonConverter<DateTime>
{public override DateTime Read(ref Utf8JsonReader reader, ...) => DateTime.Parse(reader.GetString());public override void Write(Utf8JsonWriter writer, DateTime value, ...)=> writer.WriteStringValue(value.ToString("yyyy-MM-dd"));
}

5. 版本控制策略

  • 向前兼容：
    • 使用[OptionalField]特性
    • 反序列化回調（OnDeserializing）
  • 向后兼容：
    • 避免刪除已序列化字段
    • 新字段添加默認值
  • 最佳實踐：
    • 語義版本控制（SemVer）
    • 自定義版本字段
    • 使用協議緩沖區（protobuf）等版本容忍格式

泛型

1. 泛型核心優勢

// 類型安全集合
List<string> strings = new List<string>();
strings.Add("text");  // 編譯時類型檢查
// strings.Add(42);   // 編譯錯誤// 避免裝箱
List<int> numbers = new List<int>(); // 無裝箱開銷
  • 三大優勢：
    1. 編譯時類型檢查
    2. 消除裝箱/拆箱（值類型性能提升20-50%）
    3. 代碼復用（同一算法處理不同類型）

2. 泛型約束類型

public class Processor<T> where T : IComparable,      // 接口約束new(),            // 構造函數約束struct            // 值類型約束
{public void Sort(T[] data) { /*...*/ }
}
約束類型語法應用場景
接口約束where T : IDisposable確保類型實現特定行為
基類約束where T : Stream限制繼承層次
構造函數約束where T : new()創建實例（new T()）
值類型/引用類型約束where T : struct優化值類型操作
非托管約束where T : unmanaged不安全代碼/指針操作

3. 協變(in)與逆變(out)

// 協變：子類→父類 (out)
IEnumerable<string> strings = new List<string>();
IEnumerable<object> objects = strings;  // 安全// 逆變：父類→子類 (in)
Action<object> logObject = obj => Console.Write(obj);
Action<string> logString = logObject;  // 安全
logString("text");  // 實際執行logObject
  • 核心規則：
    • 協變(out)：返回值類型，支持更具體的子類型
    • 逆變(in)：參數類型，支持更通用的父類型
    • 只適用于接口和委托

4. 泛型與反射交互

// 創建泛型類型實例
Type openType = typeof(Dictionary<,>);
Type closedType = openType.MakeGenericType(typeof(int), typeof(string));
object dict = Activator.CreateInstance(closedType);// 調用泛型方法
MethodInfo method = typeof(Serializer).GetMethod("Serialize");
MethodInfo closedMethod = method.MakeGenericMethod(typeof(Person));
closedMethod.Invoke(null, new object[] { person });

5. 泛型接口設計模式

public interface IRepository<TEntity, TKey> where TEntity : IEntity<TKey>
{TEntity GetById(TKey id);void Add(TEntity entity);
}public class UserRepository : IRepository<User, int> 
{public User GetById(int id) { /* DB查詢 */ }public void Add(User entity) { /* DB插入 */ }
}

集合

1. List vs Array

// Array - 固定大小
int[] array = new int[10]; 
array[0] = 1; // 賦值
// array[10] = 1; // 運行時越界錯誤// List<T> - 動態擴展
List<int> list = new List<int>(capacity: 100);
list.Add(1); // 自動擴容
list.RemoveAt(0); // 動態收縮
特性ArrayList
大小固定動態擴展
內存分配連續塊動態數組+緩沖池
插入/刪除性能O(n)O(n)（尾部O(1)）
隨機訪問O(1)O(1)
線程安全否否

2. Dictionary工作原理

var dict = new Dictionary<string, int>();
dict.Add("key1", 42); // 內部實現偽代碼：
// 1. 計算哈希：key.GetHashCode() -> bucketIndex
// 2. 處理沖突：鏈地址法（鏈表存儲沖突項）
// 3. 存儲鍵值對：entries[bucketIndex] = new Entry(key, value)
  • 哈希沖突解決方案：
    • 開放尋址法（.NET Core+）
    • 鏈地址法（.NET Framework）
  • 時間復雜度：
    • 查找/插入/刪除：平均O(1)，最壞O(n)
  • 最佳實踐：
    • 實現GetHashCode()和Equals()的規范重寫
    • 設置合理初始容量減少擴容

3. 集合接口層次

IEnumerable
ICollection
IList
ISet
IQueryable
  • 核心接口：
    • IEnumerable<T>：基本迭代（GetEnumerator）
    • ICollection<T>：添加/刪除（Count, Add, Remove）
    • IList<T>：索引訪問（this[index], Insert）
    • ISet<T>：集合操作（UnionWith, IntersectWith）

4. 自定義集合實現

public class ObservableCollection<T> : Collection<T>, INotifyCollectionChanged
{protected override void InsertItem(int index, T item){base.InsertItem(index, item);OnCollectionChanged(NotifyCollectionChangedAction.Add, item, index);}protected virtual void OnCollectionChanged(...) => CollectionChanged?.Invoke(this, args);
}
  • 繼承Collection<T>基類
  • 重寫關鍵方法：InsertItem, SetItem, RemoveItem
  • 實現通知機制（如INotifyCollectionChanged）

5. 線程安全集合

// 并發字典
var concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();
concurrentDict.TryAdd("key", 42);// 生產者-消費者隊列
BlockingCollection<int> queue = new BlockingCollection<int>();
// 生產者
queue.Add(1);  
// 消費者
int item = queue.Take();
集合類型適用場景
ConcurrentDictionary高頻讀/寫的鍵值存儲
ConcurrentQueue任務隊列（生產者-消費者）
ConcurrentBag無序對象池
BlockingCollection有界/無界阻塞隊列

Lambda表達式

1. Lambda vs 匿名方法

// 匿名方法（C# 2.0）
Func<int, int> square = delegate(int x) { return x * x; };// Lambda表達式（C# 3.0+）
Func<int, int> square = x => x * x;
特性匿名方法Lambda表達式
語法簡潔性冗長簡潔
參數類型推斷需顯式聲明可推斷
表達式樹支持不支持支持
閉包支持支持支持
單行返回值需return語句自動返回

2. 閉包與變量捕獲

int factor = 2;
Func<int, int> multiplier = x => x * factor;
Console.WriteLine(multiplier(5)); // 10// 修改捕獲變量
factor = 3;
Console.WriteLine(multiplier(5)); // 15
  • 閉包原理：
    • 編譯器生成隱藏類（closure類）
    • 捕獲變量轉為類的字段
    • Lambda成為實例方法
  • 陷阱：
    • 循環變量捕獲問題（所有迭代共享同一變量）
    • 解決方案：循環內聲明臨時變量

3. 表達式樹（Expression Trees）

Expression<Func<int, bool>> expr = x => x > 5 && x < 10;// 解析表達式樹
BinaryExpression body = (BinaryExpression)expr.Body;
ParameterExpression param = (ParameterExpression)expr.Parameters[0];
  • 核心特性：
    • 將代碼轉為可遍歷的數據結構
    • LINQ to SQL等ORM的核心技術
  • 應用場景：
    • 動態SQL生成
    • 運行時條件組合
    • 自定義查詢翻譯

4. 變量作用域規則

int outer = 10;
Action action = () => 
{int inner = 20;Console.WriteLine(outer + inner); // 訪問外部變量
};
// Console.WriteLine(inner); // 錯誤：inner不可訪問
  • 作用域層次：
    1. Lambda參數
    2. Lambda內部聲明
    3. 外部方法變量
    4. 類成員變量
  • 生命周期：
    • 捕獲變量的生命周期延至所有委托被GC回收

5. Lambda性能優化

// 避免：高頻調用中重復編譯表達式樹
Expression<Func<Person, bool>> expr = p => p.Age > 18;
Func<Person, bool> compiled = expr.Compile(); // 緩存此委托// 優先使用靜態Lambda（C# 9.0+）
Func<int, int> square = static x => x * x; // 不捕獲上下文
  • 優化策略：
    • 緩存編譯后的委托
    • 避免在高頻循環中捕獲變量
    • 使用靜態Lambda減少內存分配
    • 避免深層嵌套的Lambda

LINQ

1. 延遲執行 vs 立即執行

// 延遲執行（未真正執行）
IEnumerable<int> query = data.Where(x => x > 5);// 觸發執行的操作：
var list = query.ToList();      // 立即執行
int count = query.Count();      // 立即執行
var first = query.First();      // 立即執行// 流式執行（yield return）
foreach (var item in query)     // 遍歷時逐步執行
{// 每次迭代處理一個元素
}

2. Select vs SelectMany

// Select：一對一轉換
var names = persons.Select(p => p.Name);// SelectMany：集合展開
var allPhones = persons.SelectMany(p => p.Phones);// 模擬SQL JOIN
var orders = customers.SelectMany(c => c.Orders,(customer, order) => new { customer.Name, order.Id }
);

3. LINQ性能優化

// 數據庫查詢優化
var results = context.Users.Where(u => u.Age > 18)    // 在數據庫執行.AsNoTracking()             // 禁用變更追蹤.Select(u => new { u.Name }) // 僅選擇必要字段.ToList();// 內存集合優化
var local = data.Where(x => x.IsActive).OrderBy(x => x.Name)     // 先過濾再排序.Take(20)                 // 盡早限制數量.ToList();
  • 關鍵優化點：
    • 數據庫：使用投影減少數據傳輸
    • EF Core：AsNoTracking()用于只讀查詢
    • 內存：避免N+1查詢模式
    • 使用Any()替代Count() > 0

4. IQueryable vs IEnumerable

// IEnumerable - 客戶端執行
var result = context.Users.AsEnumerable()            // 切換為客戶端評估.Where(u => ComplexLogic(u)); // 在內存中執行// IQueryable - 數據庫執行
var result = context.Users.Where(u => u.Age > 18)    // 轉換為SQL.ToList();                 // 在數據庫執行
特性IEnumerableIQueryable
執行位置客戶端內存數據源（如數據庫）
查詢能力LINQ to Objects支持提供程序翻譯（如SQL）
延遲執行支持支持
性能特點適合內存數據集減少數據傳輸量

5. 自定義LINQ提供程序

public class CustomQueryable<T> : IQueryable<T>
{public Type ElementType => typeof(T);public Expression Expression { get; }public IQueryProvider Provider { get; }// 實現GetEnumerator和必要接口
}public class CustomProvider : IQueryProvider
{public IQueryable CreateQuery(Expression expression) { ... }public object Execute(Expression expression){// 解析表達式樹var translator = new CustomTranslator();translator.Visit(expression);// 執行自定義查詢邏輯return ExecuteDatabaseQuery(translator.GetQuery());}
}
  • 實現步驟：
    1. 實現IQueryable和IQueryProvider
    2. 解析表達式樹（ExpressionVisitor）
    3. 轉換為目標查詢語言（如SQL）
    4. 執行查詢并映射結果
  • 難點：
    • 表達式樹的完整解析
    • 參數化查詢處理
    • 嵌套查詢支持

綜合問題深度分析

1. 泛型+集合+LINQ綜合應用

public class DataService<T> where T : class
{public List<T> FilterAndSort(List<T> data, Func<T, bool> filter,Func<T, object> sorter){return data.Where(filter).OrderBy(sorter).ToList();}
}// 使用
var userService = new DataService<User>();
var activeUsers = userService.FilterAndSort(users, u => u.IsActive, u => u.LastLoginDate
);

2. 多格式序列化服務

public interface ISerializer<T>
{string Serialize(T obj);T Deserialize(string data);
}public class JsonSerializer<T> : ISerializer<T> { /*...*/ }
public class XmlSerializer<T> : ISerializer<T> { /*...*/ }public class SerializationService<T>
{private readonly ISerializer<T> _serializer;public SerializationService(ISerializer<T> serializer) => _serializer = serializer;public string ToString(T obj) => _serializer.Serialize(obj);public T FromString(string data) => _serializer.Deserialize(data);
}

3. 表達式樹工作原理

Lambda表達式
表達式樹
表達式樹節點
參數表達式
二元表達式
常量表達式
查詢提供程序
翻譯機制
SQL查詢
數據庫執行

4. 大型數據集處理策略

// 流式JSON反序列化
await using var stream = File.OpenRead("large.json");
var data = JsonSerializer.DeserializeAsyncEnumerable<Person>(stream);await foreach (var person in data)
{// 單條處理，內存占用恒定
}// 分塊處理
const int chunkSize = 1000;
for (int i = 0; i < data.Count; i += chunkSize)
{var chunk = data.Skip(i).Take(chunkSize);ProcessChunk(chunk);
}

5. Lambda實現策略模式

public class PaymentProcessor
{private Func<Order, PaymentResult> _paymentStrategy;public void SetPaymentStrategy(Func<Order, PaymentResult> strategy) => _paymentStrategy = strategy;public PaymentResult ProcessOrder(Order order)=> _paymentStrategy?.Invoke(order) ?? throw new InvalidOperationException();
}// 使用
var processor = new PaymentProcessor();
processor.SetPaymentStrategy(order => order.Total > 1000 ? ProcessCreditCard(order) : ProcessCash(order));

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