C#.NET 集合表达式详解：新时代的集合初始化方式

简介

集合表达式（Collection Expressions）是 C# 12.0（随 .NET 8.0 发布于 2023 年）引入的一项新特性，用于以简洁、声明式的方式创建和初始化集合（如数组、列表、字典等）。集合表达式通过 $...$ 语法提供了一种更直观的方式来定义集合，减少样板代码并提高可读性。

背景和作用

集合表达式旨在解决传统集合初始化（如 new List<T> { ... } 或 new[] { ... }）的冗长和不一致问题，灵感来源于 Python 和 JavaScript 的列表推导式。它在以下场景中特别有用：

数据初始化：快速定义数组、列表或字典。
批量操作：简化 MySqlBulkLoader 的数据表填充。
API 输入/输出：处理 JSON 数据或响应集合。
缓存管理：初始化 MemoryCache 的键值对。
定时任务：结合 Cronos 处理批量数据。

核心概念

传统初始化 vs 集合表达式

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// 传统方式  
List<int> list1 = new List<int> { 1, 2, 3 };  
int[] array1 = new int[] { 1, 2, 3 };  

// C# 12 集合表达式  
List<int> list2 = [1, 2, 3];  
int[] array2 = [1, 2, 3];  
Span<int> span = [1, 2, 3];

语法结构

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// 基础形式  
[element1, element2, ..., elementN]  

// 空集合  
var empty = [];  

// 嵌套集合  
int[][] matrix = [[1, 2], [3, 4], [5, 6]];

支持的所有集合类型

集合类型	示例	编译器转换机制
数组	int\[\] arr = $1, 2, 3$ ;	直接优化为 new int\[\] { ... }
List	List list = $1, 2, 3$ ;	调用 List.CollectionsMarshalHelper.Create()
Span	Span span = $1, 2, 3$ ;	栈分配或缓冲区重用
ReadOnlySpan	ReadOnlySpan ros = $'a','b'$ ;	同 Span
ImmutableArray	ImmutableArray ia = $1,2,3$ ;	调用 ImmutableArray.Create()
自定义集合	实现 IEnumerable + Add 方法	编译器生成 Add 调用序列

✅ 所有实现 IEnumerable 且有 Add 方法的类型都支持

主要功能

简洁语法：

使用 [...] 替代 new List<T> { ... } 或 new[] { ... }。
支持多种集合类型（数组、List<T>、Span<T>、字典等）。

扩展运算符：

使用 .. 展开现有集合（如合并数组或列表）。

类型推断：

自动推断目标集合类型，减少显式类型声明。

多场景支持：

初始化集合、传递参数、返回结果。
支持 LINQ、异步操作和并发场景。

与现有集合兼容：

无缝转换到 IEnumerable<T>、ICollection<T> 等。

核心语法

集合表达式使用 [...] 语法，支持以下形式：

基本初始化：

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int[] numbers = [1, 2, 3]; // 等价于 new[] { 1, 2, 3 }
List<string> names = ["Alice", "Bob"]; // 等价于 new List<string> { "Alice", "Bob" }

扩展运算符（..）：

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int[] moreNumbers = [1, 2, ..numbers, 4]; // 展开 numbers，生成 [1, 2, 1, 2, 3, 4]

空集合：

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int[] empty = []; // 等价于 Array.Empty<int>()

嵌套集合：

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int[][] jagged = [[1, 2], [3, 4]]; // 锯齿状数组

字典初始化：

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Dictionary<string, int> scores = ["Alice": 90, "Bob": 85]; // 等价于 new Dictionary<string, int> { ["Alice"] = 90, ["Bob"] = 85 }

目标类型：
- 支持 IEnumerable<T>、ICollection<T>、List<T>、数组、Span<T> 等。
- 编译器根据上下文推断类型：
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```
IEnumerable<int> enumerable = [1, 2, 3]; // 推断为数组
```
自定义集合支持

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public class CustomCollection<T> : IEnumerable<T>  
{  
    private readonly List<T> _items = new();  

    public void Add(T item) => _items.Add(item);  

    public IEnumerator<T> GetEnumerator() => _items.GetEnumerator();  
}  

// 使用集合表达式初始化  
CustomCollection<string> tags = ["dotnet", "csharp"];