C#泛型详解

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 void T Pop()
{
     return store[--size];
}
}

Stack<int> x = new Stack<int>();
x.Push(17);

泛型简介

    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的编译时的“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。

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代码和元数据，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类型替换“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“显示约束”，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。

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，他的类型参数要么已实例化，要么来源子类（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继承的共有成员。

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);
     }
}
     泛型委托支持返回值和参数哂纳感应用参数类型，这些参数类型同样可以附带合法的约束。

泛型方法的简介

    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<T>(new int[]{1,3,4,5,6,8,9},6);

泛型编程

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 U : 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 : Comparable{}
}

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"有where字句表达,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"共四中约束.

    "显示约束"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{coid Print();}
interface IComparable<T>{int CompareTo(T v);}
interface IKeyProvider<T>{T HetKey();}

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有无参数构造器
C<B> c = new C<B>(); // 错误,B没有无参数构造器

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

总结

    C#的泛型能力有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"檫拭法"支持的简单的类型.

    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显式约束.