[AI 分享] C# 15 新功能：聯合型別、封閉類別與更靈活的語法

[AI 分享] C# 15 新功能：聯合型別、封閉類別與更靈活的語法

摘要 : C# 15 加入聯合型別、封閉類別等功能，強化型別安全並簡化程式碼。

內容:

這場分享由 C# 團隊成員接續主題演講，透過程式範例介紹 C# 15 的新功能。講者表示，聯合型別是團隊討論多年的設計，如今終於能用簡潔的語法，表達「一個值只能是指定幾種型別之一」。

**聯合型別（union）**的示範從寵物資料開始：程式需要同時處理狗、貓和鳥，但這些型別可能來自不同程式庫，並非開發者自行建立的繼承階層。過去若以 object 儲存，任何物件都能混入，連不希望出現的鯊魚也不例外；對 object 撰寫 switch 運算式時，編譯器也無法確認所有可能情況都已處理。

C# 15 可以宣告「Pet 是由 Dog、Cat、Bird 組成的 union」。這些成員稱為 case types。宣告後，三種指定型別都能隱含轉換為 Pet，未列入的 Shark 則會產生編譯錯誤。程式也能直接針對各 case type 進行模式比對；當三種情況都已處理，編譯器便能確認比對具有窮盡性，不再要求額外處理未知物件。

如果其中一個 case type 允許 null，編譯器會明確提醒尚未處理 null。補上對應分支後，窮盡性警告就會消失。講者強調，這類具體的編譯器回饋，能引導開發者逐步補齊必要情況。

Union 本身是真正的型別宣告，不只能使用簡短的分號形式，也能加入大括號、泛型參數及屬性或方法等功能成員。例如，可以把處理不同寵物的邏輯寫成 Pet 的輔助屬性。不過，這種 union 不允許另外宣告儲存狀態：其中的值就是它的狀態。

講者也展示編譯器預設如何實作 union。預設產生的是 struct，包含保存目前值的 Value 屬性，以及接收各 case type 的建構函式；隱含轉換可藉由呼叫相應建構函式完成，模式比對則會取出值來判斷。編譯器產生的型別也會實作 IUnion，方便程式在不知道具體 union 型別時，仍能辨識 union 並取得其值。

開發者亦可自行建立 union：在類別或結構上標示 Union attribute，提供必要的值屬性與建立成員，讓編譯器辨識其 case types。這對效能要求較高，或想讓既有型別具備 union 行為的情境特別有用。例如，預設實作以較寬泛的型別儲存值，可能使實值型別發生裝箱；自行實作便能選擇其他儲存與取值方式。

第二項重點是 closed 類別。講者以計算機的運算型別為例：程式定義數字、加、減、乘、除等衍生類別，並用模式比對遞迴計算。但只要公開的基底類別仍可由外部繼承，其他專案就可能加入新的衍生型別，編譯器也無法保證現有比對已涵蓋全部情況。

將基底類別宣告為 closed 後，只有同一組件內的型別能直接繼承它；其他組件的繼承宣告會成為編譯錯誤。closed 也使該類別自動具有抽象類別的性質。如此一來，開發者可以保留既有的繼承模型，同時讓編譯器確認模式比對是否窮盡，而不必為了改用 union 重整整個資料結構。

第三項功能擴充了集合運算式。集合運算式原本適合簡潔地建立集合，但若建立時需要傳入參數，例如替 HashSet 指定忽略大小寫的比較器，或替 List 指定初始容量，過去往往得改回明確呼叫建構函式。C# 15 允許在方括號開頭使用 with 並提供參數，讓程式在保留集合運算式寫法的同時，控制集合的建立方式。

第四項是帶標籤的 break 與 continue。在巢狀迴圈中，若內層條件成立便要跳出外層迴圈，過去可能需要額外的布林變數，再於外層檢查。現在可以替目標迴圈加上標籤，直接指定要跳離或繼續哪一層迴圈。講者指出，這能減少輔助狀態，讓控制流程更直接，也較不容易在修改程式時出錯。

第五項是擴充索引子（extension indexers）。C# 14 已讓擴充成員不再侷限於方法，例如可加入擴充屬性；C# 15 則進一步支援索引子。在擴充成員的宣告區塊中，開發者能沿用一般索引子的宣告語法。講者認為，這也顯示新的擴充成員設計可以自然延伸至更多成員種類。

分享最後提到另一項仍在預覽階段的功能：改進 unsafe 的標記與追蹤方式。其目標是讓開發者除了內建的不安全操作，也能標示自己撰寫的不安全操作，並在程式碼中的呼叫關係上持續追蹤，使這些操作更容易被辨識與檢查。此外，啟用相關改進後，async 程式碼也能因執行階段的支援而變得更快；它的用法沒有改變，重點在於效能提升。