C#锐利体验2.0：泛型编程

C#锐利体验2.0：泛型编程

Agenda.C#泛型及机制
.泛型类型
.泛型方法
.泛型约束
.讲座总结
.Q&A

C#泛型演示

class Stack<T> {
private T[] store;
private int size;
public Stack() {
store = new T[10]; size = 0;
}
public void Push(T x) {

store[size++] = x; }
public T Pop() {
return store[--size];
}
}

C#泛型简介
Stack<int> x = new Stack<int>();
x.Push(17);
. 所谓泛型，即通过参数化类型来实现在同一份代
码上操作多种数据类型。泛型编程是一种编程范
式，它利用“参数化类型”将类型抽象化，从而实
现更为灵活的复用。
.C# 泛型赋予了代码更强的类型安全，更好的复
用，更高的效率，更清晰的约束。

C#泛型机制简介
.C# 泛型能力由CLR在运行时支持，区别于C++的
编译时模板机制，和Java的编译时“搽拭法”。这
使得泛型能力可以在各个支持CLR的语言之间进
行无缝的互操作。
.C# 泛型代码在被编译为IL代码和元数据时，采用
特殊的占位符来表示泛型类型，并用专有的IL指
令支持泛型操作。而真正的泛型实例化工作以
“on-demand” 的方式，发生在JIT编译时。

泛型IL代码与元数据

C#泛型编译机制
. 第一轮编译时，编译器只为Stack<T>类型产生“泛
型版”的IL代码与元数据——并不进行泛型类型的
实例化，T在中间只充当占位符
.JIT 编译时，当JIT编译器第一次遇到Stack<int>
时，将用int替换“泛型版”IL代码与元数据中的T—
—进行泛型类型的实例化。
.CLR 为所有类型参数为“引用类型”的泛型类型产
生同一份代码；但如果类型参数为“值类型”，对
每一个不同的“值类型”，CLR将为其产生一份独
立的代码

C#泛型的几个特点
. 如果实例化泛型类型的参数相同，那么JIT编译器
会重复使用该类型，因此C#的动态泛型能力避免
了C++静态模板可能导致的代码膨胀的问题。
.C# 泛型类型携带有丰富的元数据，因此C#的泛型
类型可以应用于强大的反射技术。
.C# 的泛型采用“基类, 接口, 构造器, 值类型/引用类
型”的约束方式来实现对类型参数的“显式约束”，
提高了类型安全的同时，也丧失了C++模板基于
“签名”的隐式约束所具有的高灵活性。

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C#泛型类与结构
class C<U, V> {} //合法
class D: C<string,int>{} //合法
class E<U, V>: C<U, V> {} //合法
class F<U, V>: C<string, int> {} //合法
class G : C<U, V> { } //非法
C#除可单独声明泛型类型（包括类与结构）外，
也可在基类中包含泛型类型的声明。但基类如果
是泛型类，它的类型参数要么已实例化，要么来
源于子类（同样是泛型类型）声明的类型参数。

泛型类型的成员
class C<V>{
public V f1; // 声明字段
public D<V> f2; // 作为其他泛型类型的参数
public C(V x) {
this.f1 = x;
}
}
泛型类型的成员可以使用泛型类型声明中的类型
参数。但类型参数如果没有任何约束，则只能在
该类型上使用从System.Object继承的公有成员。

泛型接口

interface IList<T> {
T[] GetElements();

}

interface IDictionary<K,V> {
void Add(K key, V value);

}

// 泛型接口的类型参数要么已实例化，

// 要么来源于实现类声明的类型参数

class List<T> : IList<T>, IDictionary<int, T> {
public T[] GetElements() { return null; }
public void Add(int index, T value) { }

}

泛型委托

delegate bool Predicate<T>(T value);

class X {
static bool F(int i) {...}
static bool G(string s) {...}
static void Main() {

Predicate<string> p2 = G;
Predicate<int> p1 = new Predicate<int>(F);
}
}

泛型委托支持在委托返回值和参数上应用参数类
型，这些参数类型同样可以附带合法的约束。

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泛型方法简介
.C# 泛型机制只支持“在方法声明上包含类型参
数”——即泛型方法
.C# 泛型机制不支持在除方法外的其他成员（包括
属性、事件、索引器、构造器、析构器）的声明
上包含类型参数，但这些成员本身可以包含在泛
型类型中，并使用泛型类型的类型参数
. 泛型方法既可以包含在泛型类型中，也可以包含
在非泛型类型中

泛型方法的声明与调用

public class Finder {
// 泛型方法的声明
public static int Find<T> ( T[] items, T item) {

for(int i=0;i<items.Length;i++){

if (items[i].Equals(item)) { return i; }
}
return -1;

}
}
// 泛型方法的调用
int i=Finder.Find<int> ( new int[]{1,3,4,5,6,8,9}, 6);

泛型方法的重载

class MyClass {

void F1<T>(T[] a, int i); // 不可以构成重载方法

void F1<U>(U[] a, int i);

void F2<T>(int x); //可以构成重载方法

void F2(int x);

void F3<T>(T t) where T : A; //不可以构成重载方法
void F3<T>(T t) where T : B;

}

泛型方法的重写

abstract class Base

{

public abstract T F<T,U>(T t, U u) where U: T;

public abstract T G<T>(T t) where T: IComparable;
}
class Derived: Base{

//合法的重写，约束被默认继承

public override X F<X,Y>(X x, Y y) { }

//非法的重写，指定任何约束都是多余的

public override T G<T>(T t) where T: IComparable {}
}

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泛型约束简介
.C# 泛型要求对“所有泛型类型或泛型方法的类型参
数”的任何假定，都要基于“显式的约束”，以维护
C#所要求的类型安全。
.“显式约束”由where子句表达，可以指定“基类约
束”，“接口约束”，“构造器约束”，“值类型/引用类
型约束”共四种约束。
.“显式约束”并非必须，如果没有指定“显式约束”，
泛型类型参数将只能访问System.Object类型中的
公有方法。

基类约束
class A { public void F1() {…} }
class B { public void F2() {…} }
class C<S,T>
where S: A // S继承自A
where T: B // T继承自B
{
// 可以在类型为S的变量上调用F1，
// 可以在类型为T的变量上调用F2
….
}

接口约束

interface IPrintable { void Print(); }
interface IComparable<T> { int CompareTo(T v);}
interface IKeyProvider<T> { T GetKey(); }

class Dictionary<K,V>
where K: IComparable<K>
where V: IPrintable, IKeyProvider<K>

{
// 可以在类型为K的变量上调用CompareTo，
// 可以在类型为V的变量上调用Print和GetKey
….

}

构造器约束

class A { public A() { } }
class B { public B(int i) { } }

class C<T>
where T : new()

{
//可以在其中使用T t=new T();
….

}
C<A> c=new C<A>(); //可以，A有无参构造器
C<B> c=new C<B>(); //错误，B没有无参构造器

值类型/引用类型约束
public struct A { … }
public class B { … }
class C<T>
where T : struct
{
// T在这里面是一个值类型
…
}
C<A> c=new C<A>(); //可以，A是一个值类型
C<B> c=new C<B>(); //错误，B是一个引用类型

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讲座总结
.C# 的泛型能力由CLR在运行时支持，它既不同于
C++在编译时所支持的静态模板，也不同于Java
在编译器层面使用“搽拭法”支持的简单的泛型。
.C# 的泛型支持包括类、结构、接口、委托共四种
泛型类型，以及方法成员。
.C# 的泛型采用“基类, 接口, 构造器, 值类型/引用类
型”的约束方式来实现对类型参数的“显式约束”，
它不支持C++模板那样的基于签名的隐式约束。

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Q&A
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