C#高级特性面试问题的详细分析，涵盖核心概念、应用场景和最佳实践

序列化与反序列化

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); // 序列化为JSON// 反序列化示例
Person deserialized = JsonSerializer.Deserialize<Person>(json);
  • 核心概念：
    • 序列化：将对象状态转换为可存储/传输格式（如JSON、XML、二进制）
    • 反序列化：将数据流还原为对象
  • 关键用途：
    • 网络传输（API通信）
    • 数据持久化（保存到文件/数据库）
    • 进程间通信
    • 缓存机制

2. JSON vs XML 序列化的优缺点

特性JSONXML
可读性高（轻量级）中（标签冗余）
数据体积小（无标签）大（标签占40%+空间）
解析性能快（比XML快2-10倍）慢（DOM解析复杂）
类型安全弱（无schema）强（XSD支持）
二进制支持Base64编码原生支持（CDATA）
适用场景Web API、移动应用企业系统、SOAP服务

3. 循环引用处理

// Newtonsoft.Json解决方案
var settings = new JsonSerializerSettings {ReferenceLoopHandling = ReferenceLoopHandling.Ignore
};
string json = JsonConvert.SerializeObject(obj, settings);// System.Text.Json解决方案
options.ReferenceHandler = ReferenceHandler.Preserve;
  • 根本原因：对象相互引用形成闭环（如 Parent.Child 和 Child.Parent）
  • 解决方案：
    1. 忽略循环引用（ReferenceLoopHandling.Ignore）
    2. 使用[JsonIgnore]标记属性
    3. DTO模式（仅序列化必要数据）
    4. 自定义ID追踪（PreserveReferencesHandling）

4. 自定义序列化

// 实现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自定义转换器
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
    • 反序列化回调（OnDeserializing）
  • 向后兼容：
    • 避免删除已序列化字段
    • 新字段添加默认值
  • 最佳实践：
    • 语义版本控制（SemVer）
    • 自定义版本字段
    • 使用协议缓冲区（protobuf）等版本容忍格式

泛型

1. 泛型核心优势

// 类型安全集合
List<string> strings = new List<string>();
strings.Add("text");  // 编译时类型检查
// strings.Add(42);   // 编译错误// 避免装箱
List<int> numbers = new List<int>(); // 无装箱开销
  • 三大优势：
    1. 编译时类型检查
    2. 消除装箱/拆箱（值类型性能提升20-50%）
    3. 代码复用（同一算法处理不同类型）

2. 泛型约束类型

public class Processor<T> where T : IComparable,      // 接口约束new(),            // 构造函数约束struct            // 值类型约束
{public void Sort(T[] data) { /*...*/ }
}
约束类型语法应用场景
接口约束where T : IDisposable确保类型实现特定行为
基类约束where T : Stream限制继承层次
构造函数约束where T : new()创建实例（new T()）
值类型/引用类型约束where T : struct优化值类型操作
非托管约束where T : unmanaged不安全代码/指针操作

3. 协变(in)与逆变(out)

// 协变：子类→父类 (out)
IEnumerable<string> strings = new List<string>();
IEnumerable<object> objects = strings;  // 安全// 逆变：父类→子类 (in)
Action<object> logObject = obj => Console.Write(obj);
Action<string> logString = logObject;  // 安全
logString("text");  // 实际执行logObject
  • 核心规则：
    • 协变(out)：返回值类型，支持更具体的子类型
    • 逆变(in)：参数类型，支持更通用的父类型
    • 只适用于接口和委托

4. 泛型与反射交互

// 创建泛型类型实例
Type openType = typeof(Dictionary<,>);
Type closedType = openType.MakeGenericType(typeof(int), typeof(string));
object dict = Activator.CreateInstance(closedType);// 调用泛型方法
MethodInfo method = typeof(Serializer).GetMethod("Serialize");
MethodInfo closedMethod = method.MakeGenericMethod(typeof(Person));
closedMethod.Invoke(null, new object[] { person });

5. 泛型接口设计模式

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查询 */ }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; // 赋值
// array[10] = 1; // 运行时越界错误// List<T> - 动态扩展
List<int> list = new List<int>(capacity: 100);
list.Add(1); // 自动扩容
list.RemoveAt(0); // 动态收缩
特性ArrayList
大小固定动态扩展
内存分配连续块动态数组+缓冲池
插入/删除性能O(n)O(n)（尾部O(1)）
随机访问O(1)O(1)
线程安全否否

2. Dictionary工作原理

var dict = new Dictionary<string, int>();
dict.Add("key1", 42); // 内部实现伪代码：
// 1. 计算哈希：key.GetHashCode() -> bucketIndex
// 2. 处理冲突：链地址法（链表存储冲突项）
// 3. 存储键值对：entries[bucketIndex] = new Entry(key, value)
  • 哈希冲突解决方案：
    • 开放寻址法（.NET Core+）
    • 链地址法（.NET Framework）
  • 时间复杂度：
    • 查找/插入/删除：平均O(1)，最坏O(n)
  • 最佳实践：
    • 实现GetHashCode()和Equals()的规范重写
    • 设置合理初始容量减少扩容

3. 集合接口层次

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

4. 自定义集合实现

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);
}
  • 继承Collection<T>基类
  • 重写关键方法：InsertItem, SetItem, RemoveItem
  • 实现通知机制（如INotifyCollectionChanged）

5. 线程安全集合

// 并发字典
var concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();
concurrentDict.TryAdd("key", 42);// 生产者-消费者队列
BlockingCollection<int> queue = new BlockingCollection<int>();
// 生产者
queue.Add(1);  
// 消费者
int item = queue.Take();
集合类型适用场景
ConcurrentDictionary高频读/写的键值存储
ConcurrentQueue任务队列（生产者-消费者）
ConcurrentBag无序对象池
BlockingCollection有界/无界阻塞队列

Lambda表达式

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表达式（C# 3.0+）
Func<int, int> square = x => x * x;
特性匿名方法Lambda表达式
语法简洁性冗长简洁
参数类型推断需显式声明可推断
表达式树支持不支持支持
闭包支持支持支持
单行返回值需return语句自动返回

2. 闭包与变量捕获

int factor = 2;
Func<int, int> multiplier = x => x * factor;
Console.WriteLine(multiplier(5)); // 10// 修改捕获变量
factor = 3;
Console.WriteLine(multiplier(5)); // 15
  • 闭包原理：
    • 编译器生成隐藏类（closure类）
    • 捕获变量转为类的字段
    • Lambda成为实例方法
  • 陷阱：
    • 循环变量捕获问题（所有迭代共享同一变量）
    • 解决方案：循环内声明临时变量

3. 表达式树（Expression Trees）

Expression<Func<int, bool>> expr = x => x > 5 && x < 10;// 解析表达式树
BinaryExpression body = (BinaryExpression)expr.Body;
ParameterExpression param = (ParameterExpression)expr.Parameters[0];
  • 核心特性：
    • 将代码转为可遍历的数据结构
    • LINQ to SQL等ORM的核心技术
  • 应用场景：
    • 动态SQL生成
    • 运行时条件组合
    • 自定义查询翻译

4. 变量作用域规则

int outer = 10;
Action action = () => 
{int inner = 20;Console.WriteLine(outer + inner); // 访问外部变量
};
// Console.WriteLine(inner); // 错误：inner不可访问
  • 作用域层次：
    1. Lambda参数
    2. Lambda内部声明
    3. 外部方法变量
    4. 类成员变量
  • 生命周期：
    • 捕获变量的生命周期延至所有委托被GC回收

5. Lambda性能优化

// 避免：高频调用中重复编译表达式树
Expression<Func<Person, bool>> expr = p => p.Age > 18;
Func<Person, bool> compiled = expr.Compile(); // 缓存此委托// 优先使用静态Lambda（C# 9.0+）
Func<int, int> square = static x => x * x; // 不捕获上下文
  • 优化策略：
    • 缓存编译后的委托
    • 避免在高频循环中捕获变量
    • 使用静态Lambda减少内存分配
    • 避免深层嵌套的Lambda

LINQ

1. 延迟执行 vs 立即执行

// 延迟执行（未真正执行）
IEnumerable<int> query = data.Where(x => x > 5);// 触发执行的操作：
var list = query.ToList();      // 立即执行
int count = query.Count();      // 立即执行
var first = query.First();      // 立即执行// 流式执行（yield return）
foreach (var item in query)     // 遍历时逐步执行
{// 每次迭代处理一个元素
}

2. Select vs SelectMany

// Select：一对一转換
var names = persons.Select(p => p.Name);// SelectMany：集合展开
var allPhones = persons.SelectMany(p => p.Phones);// 模拟SQL JOIN
var orders = customers.SelectMany(c => c.Orders,(customer, order) => new { customer.Name, order.Id }
);

3. LINQ性能优化

// 数据库查询优化
var results = context.Users.Where(u => u.Age > 18)    // 在数据库执行.AsNoTracking()             // 禁用变更追踪.Select(u => new { u.Name }) // 仅选择必要字段.ToList();// 内存集合优化
var local = data.Where(x => x.IsActive).OrderBy(x => x.Name)     // 先过滤再排序.Take(20)                 // 尽早限制数量.ToList();
  • 关键优化点：
    • 数据库：使用投影减少数据传输
    • EF Core：AsNoTracking()用于只读查询
    • 内存：避免N+1查询模式
    • 使用Any()替代Count() > 0

4. IQueryable vs IEnumerable

// IEnumerable - 客户端执行
var result = context.Users.AsEnumerable()            // 切换为客户端评估.Where(u => ComplexLogic(u)); // 在内存中执行// IQueryable - 数据库执行
var result = context.Users.Where(u => u.Age > 18)    // 转换为SQL.ToList();                 // 在数据库执行
特性IEnumerableIQueryable
执行位置客户端内存数据源（如数据库）
查询能力LINQ to Objects支持提供程序翻译（如SQL）
延迟执行支持支持
性能特点适合内存数据集减少数据传输量

5. 自定义LINQ提供程序

public class CustomQueryable<T> : IQueryable<T>
{public Type ElementType => typeof(T);public Expression Expression { get; }public IQueryProvider Provider { get; }// 实现GetEnumerator和必要接口
}public class CustomProvider : IQueryProvider
{public IQueryable CreateQuery(Expression expression) { ... }public object Execute(Expression expression){// 解析表达式树var translator = new CustomTranslator();translator.Visit(expression);// 执行自定义查询逻辑return ExecuteDatabaseQuery(translator.GetQuery());}
}
  • 实现步骤：
    1. 实现IQueryable和IQueryProvider
    2. 解析表达式树（ExpressionVisitor）
    3. 转换为目标查询语言（如SQL）
    4. 执行查询并映射结果
  • 难点：
    • 表达式树的完整解析
    • 参数化查询处理
    • 嵌套查询支持

综合问题深度分析

1. 泛型+集合+LINQ综合应用

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. 多格式序列化服务

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. 表达式树工作原理

Lambda表达式
表达式树
表达式树节点
参数表达式
二元表达式
常量表达式
查询提供程序
翻译机制
SQL查询
数据库执行

4. 大型数据集处理策略

// 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)
{// 单条处理，内存占用恒定
}// 分块处理
const int chunkSize = 1000;
for (int i = 0; i < data.Count; i += chunkSize)
{var chunk = data.Skip(i).Take(chunkSize);ProcessChunk(chunk);
}

5. Lambda实现策略模式

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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