解读经典《C#高级编程》泛型 页114-122.章4

前言

本章节开始讲解泛型。.Net从2.0开始支持泛型，泛型不仅是C#的一部分，也与IL代码紧密集成。所以C#中泛型的实现非常优雅。相对于C#，Java是后期引入的泛型，受限于最初的设计架构，就实现的比较别扭，遭到不少人的吐槽，比如“类型擦除”问题。使用C#还是幸福的。
使用泛型最典型的应用，可能是List<T>了，从List<T>我们可以看到，使用泛型最明显的优点是：

• 将List的功能和包含类T的功能分开，功能各自实现。使得代码内聚性、复用性、灵活性都更好。
• 使用强类型的T代替了原先的Object，不再需要类型强转，使用强类型更加安全便捷。

名词约定
对于Lis<T>定义： List<T>叫做“泛型类”，而T叫做“泛型类型”。泛型类型和泛型类后面会经常提到。

概述

泛型和C++的模板类似，不同之处在于C++实例化模板时，需要模板的源代码。而泛型是一种内化在CLR中的结构，可以认为它是CLR封装好的一种“类型”，使用起来更加简单安全。以下逐个讲述使用泛型的优点以及它所解决的问题。

性能

泛型性能的优势体现在装箱和拆箱上。在泛型出现之前，要填充一个列表使用的是非泛型集合如ArrayList。ArrayList存储的是Object对象，因此将值类型存储到ArrayList时需要经过装箱的操作，数据取出处理时又需要拆箱的操作。在遍历操作时，性能损耗是比较明显的。

名词解释
装箱：值类型转换为引用类型
拆箱：将引用类型转换为值类型

ArrayList list = new ArrayList();
list.Add(10);                   //装箱
int value = (int)list[0];       //拆箱

List<int> listg = new List<int>();
listg.Add(10);                  //没有装箱

类型安全

ArrayList中存储的是Object，什么类型都可以添加，那么拆箱时如果出现类型不符就会导致程序异常。这样一来，代码的准确性就只能完全靠程序员的能力和责任了。

ArrayList list2 = new ArrayList();
list2.Add(10);          //列表实际定义为int列表
list2.Add("11");        //不小心加入了字符串类型的数字
foreach(int item in list2)
{
    Console.WriteLine(item);    //遍历时将出现异常
}

二进制代码重用 & 代码的扩展

前面也已经讲到，泛型是内化在CLR中的，也就是说泛型类型中可重用的部分已经内化在.Net框架中了，不需要编程人员根据不同的泛型类型去写代码实现多种不同的类。
实际上，假如我们程序员自己写代码来实现同样强类型列表功能，但不使用泛型，就要用不同的类型实现不同的包装处理类，比如写一个包含int的处理类，以及一个包含string的处理类的代码。而.Net提供了List解决了问题，但实际上代码量是少了吗？并不一定。因为本质上，JIT编译器会根据List<int>和List<string>创造出两个临时的新类。我们可以认为，类似C++模板的工作，被隐藏到.Net框架底层去处理了，机器处理的代码可能没少，但最终程序员写的代码是减少了。

命名约定

这里，少见的匈牙利命名法又出现了。前面我们讲到，接口命名采用是匈牙利命名法。泛型类型也是。

• 泛型类型名称以字母T作为前缀
• 泛型类型可以是任意类型，如果泛型类中只定义一个类型，可以直接命名为T,如List<T>
• 如果有多个泛型类型，或者T不足以表达含义，可以使用T开头的命名，比如：SortedList<TKey, TValue>

创建泛型类

泛型类的创建，实际应用场景其实不多。如果你写的是通用类库，那可能会比较常用。但如果是应用层面的代码，实际上很少会需要你自己去建立泛型类。我应用在多个产品的基础框架里，似乎也只建立过一个泛型类，而且使用很少，是非常边缘化的一个功能。为什么会这样？还是因为.Net框架已经将常用的泛型类封装的很好了，拿来用就足够应付99%的应用场景。
也因为如此，可能不少人对为什么要创建泛型类，以及如何创建一个泛型类，并不是很了解。
首先我从原理上说明一下，实际上泛型类可以理解为：支持多种泛型类型的“包装类”。包装类是Java的概念，比如从int -> Integer，Integer就是int的包装类。其实相应的，在C#中，int?也可以认为是int的包装类，但C#不叫包装类，它刚好是个泛型，int? 就是 Nullable<int>泛型类。
但我们仍然可以做一个大脑体操，我们引入一下包装类的概念，然后推理一下：程序员定义了一个泛型类，它在CLR执行时的执行原理是怎样的？以int?为例：

1. 首先JIT编译器根据泛型类Nullable<int>，生成一个临时命名的新类，它包装了值类型int，是个“包装类”
2. 执行包装类的具体功能方法，输出结果

实际上JIT编译器生成的“包装类”代码是怎么样的呢？它的样子，我手写模仿了一下（部分实现）：

/// <summary>
/// 允许Null的Int类型
/// </summary>
public class NullInt
{
    private int value;
    private bool hasValue;

    /// <summary>
    /// NullInt的Int值
    /// </summary>
    public int Value
    {
        get
        {
            return value;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 输出
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public override string ToString()
    {
        if (!hasValue) return null;
        return value.ToString();
    }

    /// <summary>
    /// 赋值操作符
    /// </summary>
    /// <param name="value"></param>
    public static implicit operator NullInt(int value)
    {
        return new NullInt
        {
            value = value,
            hasValue = true
        };
    }
}

Main()方法：测试输出
NullInt age = 10;       //赋值
Console.WriteLine(age.Value);   //输出10
Console.WriteLine(age);         //输出10

只实现了部分代码，它实际上是Nullable<T>的裁剪版本，以下是Nullable<T>的完整定义：

现在int类型的包装类已经实现了，那我还想实现long的包装类，想实现decimal的包装类，怎么办？写n多个类？显然有点啰嗦了。
.Net泛型类就为提供这种能力而创造的。
我们如果反编译Nullable<T>的源代码，我们会发现实现结构和我手写的包装类是类似的，只是用T代替了int：

最后，在贴一个我的产品框架中建立的泛型类实例（节选），它的实现的具体细节，在后面章节也会有分析：

/// <summary>
/// 单一事务处理服务，用于单表的数据读写事务
/// </summary>
/// <typeparam name="TViewModel"></typeparam>
/// <typeparam name="TEntity"></typeparam>
/// <typeparam name="TDbContext"></typeparam>
public class EFRepository<TViewModel, TEntity, TDbContext> : IDisposable
    where TEntity : class,new()
    where TViewModel : class,new()
    where TDbContext : DbContext,new()
{
    private DbContext dbContext;
    private DbSet<TEntity> dbSet;

    /// <summary>
    /// 构造方法
    /// </summary>
    public EFRepository()
    {
        dbContext = new TDbContext();
        dbSet = dbContext.Set<TEntity>();
    }

    /// <summary>
    /// 根据主键获取单条数据
    /// </summary>
    /// <param name="keyValues"></param>
    /// <returns></returns>
    public TViewModel Get(params object[] keyValues)
    {
        return dbSet.Find(keyValues)
            .MapTo<TEntity, TViewModel>();
    }

    /// <summary>
    /// 新增单条数据
    /// </summary>
    /// <param name="model"></param>
    public void Add(TViewModel model)
    {
        var entity = model.MapTo<TViewModel, TEntity>();
        dbSet.Add(entity);
        dbContext.SaveChanges();
    }

    /// <summary>
    /// 根据主键删除单条数据
    /// </summary>
    /// <param name="keyValues"></param>
    public void Delete(params object[] keyValues)
    {
        TEntity entity = dbSet.Find(keyValues);
        dbSet.Remove(entity);
        dbContext.SaveChanges();
    }
}

下一篇，我们继续讲泛型的使用细节。

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