C#泛型编程
泛型: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。利用“参数化类型”将类型抽象化,从而实现灵活的复用。 例子代码: class Program { static void Main(string[] args) { int obj = 2; Test<int> test = new Test<int>(obj); Console.WriteLine("int:" + test.obj); string obj2 = "hello world"; Test<string> test1 = new Test<string>(obj2); Console.WriteLine("String:" + test1.obj); Console.Read(); } } class Test<T> { public T obj; public Test(T obj) { this.obj = obj; } } 输出结果是: int:2 String:hello world 程序分析: 1、 Test是一个泛型类。T是要实例化的范型类型。如果T被实例化为int型,那么成员变量obj就是int型的,如果T被实例化为string型,那么obj就是string类型的。 2、 根据不同的类型,上面的程序显示出不同的值。 C#泛型机制: C#泛型能力有CLR在运行时支持:C#泛型代码在编译为IL代码和元数据时,采用特殊的占位符来表示范型类型,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。 看看刚才的代码中Main函数的元数据 .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed { .entrypoint // Code size 79 (0x4f) .maxstack 2 .locals init ([0] int32 obj, [1] class CSharpStudy1.Test`1<int32> test, [2] string obj2, [3] class CSharpStudy1.Test`1<string> test1) IL_0000: nop IL_0001: ldc.i4.2 IL_0002: stloc.0 IL_0003: ldloc.0 IL_0004: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<int32>::.ctor(!0) IL_0009: stloc.1 IL_000a: ldstr "int:" IL_000f: ldloc.1 IL_0010: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<int32>::obj IL_0015: box [mscorlib]System.Int32 IL_001a: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object) IL_001f: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string) IL_0024: nop IL_0025: ldstr "hello world" IL_002a: stloc.2 IL_002b: ldloc.2 IL_002c: newobj instance void class CSharpStudy1.Test`1<string>::.ctor(!0) IL_0031: stloc.3 IL_0032: ldstr "String:" IL_0037: ldloc.3 IL_0038: ldfld !0 class CSharpStudy1.Test`1<string>::obj IL_003d: call string [mscorlib]System.String::Concat(string, string) IL_0042: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string) IL_0047: nop IL_0048: call int32 [mscorlib]System.Console::Read() IL_004d: pop IL_004e: ret } // end of method Program::Main 再来看看Test类中构造函数的元数据 .method public hidebysig specialname rtspecialname instance void .ctor(!T obj) cil managed { // Code size 17 (0x11) .maxstack 8 IL_0000: ldarg.0 IL_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor() IL_0006: nop IL_0007: nop IL_0008: ldarg.0 IL_0009: ldarg.1 IL_000a: stfld !0 class ConsoleCSharpTest1.Test`1<!T>::obj IL_000f: nop IL_0010: ret } // end of method Test`1::.ctor 1、第一轮编译时,编译器只为Test<T>类型产生“泛型版”的IL代码与元数据——并不进行泛型的实例化,T在中间只充当占位符。例如:Test类型元数据中显示的<!T> 2、JIT编译时,当JIT编译器第一次遇到Test<int>时,将用int替换“范型版”IL代码与元数据中的T——进行泛型类型的实例化。例如:Main函数中显示的<int> 3、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;但是如果类型参数为“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。因为实例化一个引用类型的泛型,它在内存中分配的大小是一样的,但是当实例化一个值类型的时候,在内存中分配的大小是不一样的。 C#泛型特点: 1、如果实例化泛型类型的参数相同,那么JIT编辑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。 2、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。 3、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#泛型继承: C#除了可以单独声明泛型类型(包括类与结构)外,也可以在基类中包含泛型类型的声明。但基类如果是泛型类,它的类型要么以实例化,要么来源于子类(同样是泛型类型)声明的类型参数,看如下类型 class C<U,V> class D:C<string,int> class E<U,V>:C<U,V> class F<U,V>:C<string,int> class G:C<U,V> //非法 E类型为C类型提供了U、V,也就是上面说的来源于子类 F类型继承于C<string,int>,个人认为可以看成F继承一个非泛型的类 G类型为非法的,因为G类型不是泛型,C是泛型,G无法给C提供泛型的实例化 泛型类型的成员: 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。如下图: 泛型接口: 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 泛型委托: 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 delegate bool MyDelegate<T>(T value); class MyClass { static bool F(int i){...} static bool G(string s){...} static void Main() { MyDelegate<string> p2 = G; MyDelegate<int> p1 = new MyDelegate<int>(F); } } 泛型方法: 1、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。 2、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。 3、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。 泛型方法声明:如下 public static int FunctionName<T>(T value){...} 泛型方法的重载: public void Function1<T>(T a); public void Function1<U>(U a); 这样是不能构成泛型方法的重载。因为编译器无法确定泛型类型T和U是否不同,也就无法确定这两个方法是否不同 public void Function1<T>(int x); public void Function1(int x); 这样可以构成重载 public void Function1<T>(T t) where T:A; public void Function1<T>(T t) where T:B; 这样不能构成泛型方法的重载。因为编译器无法确定约束条件中的A和B是否不同,也就无法确定这两个方法是否不同 泛型方法重写: 在重写的过程中,抽象类中的抽象方法的约束是被默认继承的。如下: 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 MyClass:Base { public override X F<X,Y>(X x,Y y){...} public override T G<T>(T t) where T:IComparable{} } 对于MyClass中两个重写的方法来说 F方法是合法的,约束被默认继承 G方法是非法的,指定任何约束都是多余的 泛型约束: 1、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。 2、“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。 3、“显式约束”并非必须,如果没有指定“显式约束”,范型类型参数将只能访问System.Object类型中的公有方法。例如:在开始的例子中,定义的那个obj成员变量。比如我们在开始的那个例子中加入一个Test1类,在它当中定义两个公共方法Func1、Func2,如下图: 下面就开始分析这些约束: 基类约束: class A { public void Func1() { } } class B { public void Func2() { } } class C<S, T> where S : A where T : B { public C(S s,T t) { //S的变量可以调用Func1方法 s.Func1(); //T的变量可以调用Func2方法 t.Func2(); } } 接口约束: interface IA<T> { T Func1(); } interface IB { void Func2(); } interface IC<T> { T Func3(); } class MyClass<T, V> where T : IA<T> where V : IB, IC<V> { public MyClass(T t,V v) { //T的对象可以调用Func1 t.Func1(); //V的对象可以调用Func2和Func3 v.Func2(); v.Func3(); } } 构造器约束: class A { public A() { } } class B { public B(int i) { } } class C<T> where T : new() { T t; public C() { t = new T(); } } class D { public void Func() { C<A> c = new C<A>(); C<B> d = new C<B>(); } } d对象在编译时报错:The type B must have a public parameterless constructor in order to use it as parameter 'T' in the generic type or method C<T> 注意:C#现在只支持无参的构造器约束 此时由于我们为B类型写入了一个有参构造器,使得系统不会再为B自动创建一个无参的构造器,但是如果我们将B类型中加一个无参构造器,那么对象d的实例化就不会报错了。B类型定义如下: class B { public B() { } public B(int i) { } } 值类型/引用类型: public struct A { } public class B { } public class C<T> where T : struct { } C<A> c1 = new C<A>(); C<B> c2 = new C<B>(); c2对象在编译时报错:The type 'B' must be a non-nullable value type in order to use it as parameter 'T' in the generic type or methor 'C<T>'