概述
随着 C# 13 和 .NET 9 的发布，现代应用程序的开发变得更加高效和便捷。本文将深入探讨 C# 13 和 .NET 9 的高级功能，并通过复杂代码示例展示如何在大型应用中利用这些特性实现最佳性能。

模式匹配增强
C# 13 引入了新的模式，例如列表模式（List Patterns），支持对集合进行强大的解构和匹配。这些模式使代码更加简洁、可读且高效。
示例：复杂列表模式匹配
假设你需要处理复杂的嵌套列表结构，并根据特定条件匹配和转换元素：

public static string MatchComplexPattern(List<int> numbers)
{
    return numbers switch
    {
        // 堆代码 duidaima.com
        [0, .., > 5] => "Starts with 0 and ends with a number greater than 5",
        [1, 2, 3, .. var rest] when rest.Contains(4) => "Starts with 1, 2, 3 and contains a 4 in the remaining list",
        _ => "No match found"
    };
}

解释：
[0, .., > 5] 匹配以 0 开头并以大于 5 的数字结尾的列表。

[1, 2, 3, .. var rest] 解构列表，检查是否以 1, 2, 3 开头并在剩余部分包含 4。

接口中的静态抽象成员
C# 13 允许接口定义静态成员，这提升了多态性和泛型编程能力，要求继承类型实现这些静态成员。
示例：使用静态抽象成员实现泛型运算
构建一个支持不同类型静态运算的泛型计算库：

public interface ICalculable<T> where T : ICalculable<T>
{
    static abstract T Add(T a, T b);
    static abstract T Subtract(T a, T b);
}

public struct ComplexNumber : ICalculable<ComplexNumber>
{
    public double Real { get; }
    public double Imaginary { get; }
    public ComplexNumber(double real, double imaginary) => (Real, Imaginary) = (real, imaginary);

    public static ComplexNumber Add(ComplexNumber a, ComplexNumber b) =>
        new ComplexNumber(a.Real + b.Real, a.Imaginary + b.Imaginary);

    public static ComplexNumber Subtract(ComplexNumber a, ComplexNumber b) =>
        new ComplexNumber(a.Real - b.Real, a.Imaginary - b.Imaginary);
}

关键点：
ICalculable<T> 提供静态抽象方法，用于实现加法和减法操作。

ComplexNumber 类型实现了这些操作，从而支持对复数的泛型计算。

C# 13 对集合的改进
.NET 9 对集合进行了多项优化，尤其是在不可变集合和高效迭代方面，大幅减少了处理大数据集或高并发场景的开销。

示例：多线程中的不可变数组操作
通过优化后的不可变数组，降低多线程程序中的争用：

using System.Collections.Immutable;
var numbers = ImmutableArray.CreateRange(Enumerable.Range(1, 1000000));
// 使用并行处理计算平方数
var squares = numbers.AsParallel().Select(x => x * x).ToImmutableArray();

// 输出前十个平方数
Console.WriteLine(string.Join(", ", squares.Take(10)));

效果：
优化后的 ImmutableArray 支持高效的并发操作，即使在处理大规模集合时，也能将开销降至最低。

使用 Source Generators 生成编译时代码
.NET 9 支持通过 Source Generators 在编译时生成代码，帮助减少样板代码，例如数据传输对象（DTO）和领域实体的样板代码。

示例：为 DTO 生成代码
通过标记 AutoDto 属性自动生成通用代码：

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, Inherited = false)]
public sealed class AutoDtoAttribute : Attribute { }

public class AutoDtoGenerator : ISourceGenerator
{
    public void Initialize(GeneratorInitializationContext context) { }
    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
        // 找到标记 [AutoDto] 的类并注入成员
    }
}

优势：

自动生成 Equals、ToString 等通用成员，提高代码一致性，降低维护成本。

改进的异步流处理
.NET 9 对异步流进行了改进，尤其适用于实时应用程序中的数据处理。
示例：从外部 API 流式读取数据
以下代码演示了如何边读取边处理 HTTP 流数据：

public static async IAsyncEnumerable<string?> FetchDataAsync(string apiUrlAddress)
{
    using var httpClient = new HttpClient();
    using var response = await httpClient.GetAsync(apiUrlAddress, HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);
    response.EnsureSuccessStatusCode();
    using var stream = await response.Content.ReadAsStreamAsync();
    using var reader = new StreamReader(stream);

    while (!reader.EndOfStream)
    {
        yield return await reader.ReadLineAsync();
    }
}

public static async Task ProcessDataAsync(string apiUrlAddress)
{
    await foreach (var line in FetchDataAsync(apiUrlAddress))
    {
        Console.WriteLine(line);
    }
}

优势：
通过异步流逐行读取 HTTP 响应，在处理大数据或持续流式数据时表现出色。

原生 AOT 编译
.NET 9 引入了原生 AOT（Ahead-of-Time Compilation），将 .NET 代码编译为独立的自包含二进制文件，适合高性能场景。
示例：为控制台应用配置原生 AOT
在项目文件中设置 PublishAot 属性：

<PropertyGroup>
    <PublishAot>true</PublishAot>
</PropertyGroup>

通过以下命令发布应用程序：

dotnet publish -c Release -r win-x64 --self-contained

总结
C# 13 和 .NET 9 为专业开发者提供了构建高性能、可维护和高效应用的强大工具。从增强的模式匹配和静态抽象成员到优化的集合处理、异步流以及原生 AOT，这些功能将大大提高开发效率。