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  • 泛型解析 Generic

    泛型 Generic

    泛型(generic)是C#语言2.0和通用语言运行时(CLR)的一个新特性。泛型为.NET框架引入了类型参数(type parameters)的概念。类型参数使得设计类和方法时,不必确定一个或多个具体参数,其的具体参数可延迟到客户代码中声明、实现。这意味着使用泛型的类型参数T,写一个类MyList,客户代码可以这样调用:MyList, MyList或 MyList。这避免了运行时类型转换或装箱操作的代价和风险。

    一、泛型概述

    泛型类和泛型方法兼复用性、类型安全和高效率于一身,是与之对应的非泛型的类和方法所不及。泛型广泛用于容器(collections)和对容器操作的方法中。.NET框架2.0的类库提供一个新的命名空间System.Collections.Generic,其中包含了一些新的基于泛型的容器类。要查找新的泛型容器类(collection classes)的示例代码,请参见基础类库中的泛型。当然,你也可以创建自己的泛型类和方法,以提供你自己的泛化的方案和设计模式,这是类型安全且高效的。下面的示例代码以一个简单的泛型链表类作为示范。(多数情况下,推荐使用由.NET框架类库提供的List类,而不是创建自己的表。)类型参数T在多处使用,具体类型通常在这些地方来指明表中元素的类型。类型参数T有以下几种用法:

    • 在AddHead方法中,作为方法参数的类型。
    • 在公共方法GetNext中,以及嵌套类Node的 Data属性中作为返回值的类型。
    • 在嵌套类中,作为私有成员data的类型。

    注意一点,T对嵌套的类Node也是有效的。当用一个具体类来实现MyList时——如MyList——每个出现过的T都要用int代替。

    using System;
    using System.Collections.Generic;
     
    public class MyList<T> //type parameter T in angle brackets
    {
        private Node head;
        
        // The nested type is also generic on T.
        private class Node          
        {
            private Node next;
            
            //T as private member data type:
            private T data;         
            
            //T used in non-generic constructor:
            public Node(T t)        
            {
                next = null;
                data = t;
            }
            
            public Node Next
            {
                get { return next; }
                set { next = value; }
            }
            
            //T as return type of property:
            public T Data           
            {
                get { return data; }
                set { data = value; }
            }
        }
        public MyList()
        {
            head = null;
        }
        
        //T as method parameter type:
        public void AddHead(T t)    
        {
            Node n = new Node(t);
            n.Next = head;
            head = n;
        }
    
        public IEnumerator<T> GetEnumerator()
        {
            Node current = head;
    
            while (current != null)
            {
                yield return current.Data;
                current = current.Next;
            }
        }
    }
    

    下面的示例代码演示了客户代码如何使用泛型类MyList,来创建一个整数表。通过简单地改变参数的类型,很容易改写下面的代码,以创建字符串或其他自定义类型的表。

    class Program
        {
            static void Main(string[] args)
            {
                //int is the type argument.
                MyList<int> list = new MyList<int>();
                for (int x = 0; x < 10; x++)
                    list.AddHead(x);
     
                foreach (int i in list)
                {
                    Console.WriteLine(i);
                }
                Console.WriteLine("Done");
            }
        }
    

    二、泛型的优点

    针对早期版本的通用语言运行时和C#语言的局限,泛型提供了一个解决方案。以前类型的泛化(generalization)是靠类型与全局基类System.Object的相互转换来实现。.NET框架基础类库的ArrayList容器类,就是这种局限的一个例子。ArrayList是一个很方便的容器类,使用中无需更改就可以存储任何引用类型或值类型。

    //The .NET Framework 1.1 way of creating a list
    ArrayList list1 = new ArrayList(); 
    list1.Add(3);
    list1.Add(105);
    //...
    ArrayList list2 = new ArrayList();
    list2.Add(“It is raining in Redmond.”);
    list2.Add("It is snowing in the mountains.");
    //...
    

    但是这种便利是有代价的,这需要把任何一个加入ArrayList的引用类型或值类型都隐式地向上转换成System.Object。如果这些元素是值类型,那么当加入到列表中时,它们必须被装箱;当重新取回它们时,要拆箱。类型转换和装箱、拆箱的操作都降低了性能;在必须迭代(iterate)大容器的情况下,装箱和拆箱的影响可能十分显著。

    另一个局限是缺乏编译时的类型检查,当一个ArrayList把任何类型都转换为Object,就无法在编译时预防客户代码类似这样的操作:

    ArrayList list = new ArrayList(); 
    //Okay.  
    list.Add(3); 
    //Okay, but did you really want to do this?
    list.Add(.“It is raining in Redmond.”);
     
    int t = 0;
    
    //This causes an InvalidCastException to be returned.
    foreach(int x in list)
    {
      t += x;
    }
    

    虽然这样完全合法,并且有时是有意这样创建一个包含不同类型元素的容器,但是把string和int变量放在一个ArrayList中,几乎是在制造错误,而这个错误直到运行的时候才会被发现。

    在1.0版和1.1版的C#语言中,你只有通过编写自己的特定类型容器,才能避免.NET框架类库的容器类中泛化代码(generalized code)的危险。当然,因为这样的类无法被其他的数据类型复用,也就失去泛型的优点,你必须为每个需要存储的类型重写该类。

    ArrayList和其他相似的类真正需要的是一种途径,能让客户代码在实例化之前指定所需的特定数据类型。这样就不需要向上类型转换为Object,而且编译器可以同时进行类型检查。换句话说,ArrayList需要一个类型参数。这正是泛型所提供的。在System.Collections.Generic命名空间中的泛型List容器里,同样是把元素加入容器的操作,类似这样:

    The .NET Framework 2.0 way of creating a list
    List<int> list1 = new List<int>();
    //No boxing, no casting:
    list1.Add(3);
    
    //Compile-time error:
    list1.Add("It is raining in Redmond.");
    

    与ArrayList相比,在客户代码中唯一增加的List语法是声明和实例化中的类型参数。代码略微复杂的回报是,你创建的表不仅比ArrayList更安全,而且明显地更加快速,尤其当表中的元素是值类型的时候。

    三、泛型类型参数

    在泛型类型或泛型方法的定义中,类型参数是一个占位符(placeholder),通常为一个大写字母,如T。在客户代码声明、实例化该类型的变量时,把T替换为客户代码所指定的数据类型。泛型类,如泛型概述中给出的MyList类,不能用作as-is,原因在于它不是一个真正的类型,而更像是一个类型的蓝图。要使用MyList,客户代码必须在尖括号内指定一个类型参数,来声明并实例化一个已构造类型(constructed type)。这个特定类的类型参数可以是编译器识别的任何类型。可以创建任意数量的已构造类型实例,每个使用不同的类型参数,如下:

    MyList<MyClass> list1  = new MyList<MyClass>();
    MyList<float> list2 = new MyList<float>();
    MyList<SomeStruct> list3 = new MyList<SomeStruct>();
    

    在这些MyList的实例中,类中出现的每个T都将在运行的时候被类型参数所取代。依靠这样的替换,我们仅用定义类的代码,就创建了三个独立的类型安全且高效的对象。有关CLR执行替换的详细信息,请参见运行时中的泛型。

    四、类型参数的约束

    若要检查表中的一个元素,以确定它是否合法或是否可以与其他元素相比较,那么编译器必须保证:客户代码中可能出现的所有类型参数,都要支持所需调用的操作或方法。这种保证是通过在泛型类的定义中,应用一个或多个约束而得到的。一个约束类型是一种基类约束,它通知编译器,只有这个类型的对象或从这个类型派生的对象,可被用作类型参数。一旦编译器得到这样的保证,它就允许在泛型类中调用这个类型的方法。上下文关键字where用以实现约束。下面的示例代码说明了应用基类约束,为MyList类增加功能。

    public class Employee
    {
        public class Employee
        {
            private string name;
            private int id;
            public Employee(string s, int i)
            {
                name = s;
                id = i;
            }
            public string Name
            {
                get { return name; }
                set { name = value; }
            }
            public int ID
            {
                get { return id; }
                set { id = value; }
            }
        }
    }
    
    class MyList<T> where T: Employee
    {
        //Rest of class as before.
        public T FindFirstOccurrence(string s)
        {
            T t = null;
            Reset();
            while (HasItems())
            {
              if (current != null)
              {
                 //The constraint enables this:
                 if (current.Data.Name == s)
                 {
                    t = current.Data;
                    break;
                 }
                 else
                 {
                    current = current.Next;
                 }
              } //end if
            } // end while
            return t;
        }
    }
    

    约束使得泛型类能够使用Employee.Name属性,因为所有为类型T的元素,都是一个Employee对象或是一个继承自Employee的对象。

    同一个类型参数可应用多个约束。约束自身也可以是泛型类,如下

    class MyList<T> where T: Employee, IEmployee,  IComparable<T>,  new() {…}
    

    下表列出了五类约束:

    约束 描述
    where T: struct 类型参数必须为值类型。
    where T : class 类型参数必须为引用类型。
    where T : new() 类型参数必须有一个公有、无参的构造函数。当于其它约束联合使用时,new()约束必须放在最后。
    where T : 类型参数必须是指定的基类型或是派生自指定的基类型。
    where T : 类型参数必须是指定的接口或是指定接口的实现。可以指定多个接口约束。接口约束也可以是泛型的。

    类型参数的约束,增加了可调用的操作和方法的数量。这些操作和方法受约束类型及其派生层次中的类型的支持。因此,设计泛型类或方法时,如果对泛型成员执行任何赋值以外的操作,或者是调用System.Object中所没有的方法,就需要在类型参数上使用约束。

    无限制类型参数的一般用法

    没有约束的类型参数, 如公有类MyClass{...}中的T, 被称为无限制类型参数(unbounded type parameters)。无限制类型参数有以下规则:

    • 不能使用运算符 != 和 == ,因为无法保证具体的类型参数能够支持这些运算符。
    • 它们可以与System.Object相互转换,也可显式地转换成任何接口类型。
    • 可以与null比较。如果一个无限制类型参数与null比较,当此类型参数为值类型时,比较的结果总为false。
    无类型约束

    当约束是一个泛型类型参数时,它就叫无类型约束(Naked type constraints)。当一个有类型参数成员方法,要把它的参数约束为其所在类的类型参数时,无类型约束很有用。如下例所示:

    class List<T>
    {
        void Add<U>(List<U> items) where U:T {…}
    }
    

    在上面的示例中, Add方法的上下文中的T,就是一个无类型约束;而List类的上下文中的T,则是一个无限制类型参数。

    无类型约束也可以用在泛型类的定义中。注意,无类型约束一定也要和其它类型参数一起在尖括号中声明:

    //naked type constraint
    public class MyClass<T,U,V> where T : V
    

    因为编译器只认为无类型约束是从System.Object继承而来,所以带有无类型约束的泛型类的用途十分有限。当你希望强制两个类型参数具有继承关系时,可对泛型类使用无类型约束。

    五、泛型类

    泛型类封装了不针对任何特定数据类型的操作。泛型类常用于容器类,如链表、哈希表、栈、队列、树等等。这些类中的操作,如对容器添加、删除元素,不论所存储的数据是何种类型,都执行几乎同样的操作。

    对大多数情况,推荐使用.NET框架2.0类库中所提供的容器类。有关使用这些类的详细信息,请参见基础类库中的泛型。

    通常,从一个已有的具体类来创建泛型类,并每次把一个类型改为类型参数,直至达到一般性和可用性的最佳平衡。当创建你自己的泛型类时,需要重点考虑的事项有:

    • 哪些类型应泛化为类型参数。一般的规律是,用参数表示的类型越多,代码的灵活性和复用性也就越大。过多的泛化会导致代码难以被其它的开发人员理解。
    • 如果有约束,那么类型参数需要什么样约束。一个良好的习惯是,尽可能使用最大的约束,同时保证可以处理所有需要处理的类型。例如,如果你知道你的泛型类只打算使用引用类型,那么就应用这个类的约束。这样可以防止无意中使用值类型,同时可以对T使用as运算符,并且检查空引用。
    • 把泛型行为放在基类中还是子类中。泛型类可以做基类。同样非泛型类的设计中也应考虑这一点。泛型基类的继承规则 。
    • 是否实现一个或多个泛型接口。例如,要设计一个在基于泛型的容器中创建元素的类,可能需要实现类似IComparable的接口,其中T是该类的参数。

    泛型概述中有一个简单泛型类的例子。

    类型参数和约束的规则对于泛型类的行为(behavior)有一些潜在的影响,——尤其是对于继承和成员可访问性。在说明这个问题前,理解一些术语十分重要。对于一个泛型类Node,客户代码既可以通过指定一个类型参数来创建一个封闭构造类型(Node),也可以保留类型参数未指定,例如指定一个泛型基类来创建开放构造类型(Node)。泛型类可以继承自具体类、封闭构造类型或开放构造类型:

    // concrete type
    class Node<T> : BaseNode
    //closed constructed type
    class Node<T> : BaseNode<int>
    //open constructed type
    class Node<T> : BaseNode<T>
    

    非泛型的具体类可以继承自封闭构造基类,但不能继承自开放构造基类。这是因为客户代码无法提供基类所需的类型参数。

    //No error.
    class Node : BaseNode<int>
    //Generates an error.
    class Node : BaseNode<T>
    

    泛型的具体类可以继承自开放构造类型。除了与子类共用的类型参数外,必须为所有的类型参数指定类型,如下代码所示:

    //Generates an error.
    class Node<T> : BaseNode<T, U> {…}
    //Okay.
    class Node<T> : BaseNode<T, int>{…}
    

    继承自开放结构类型的泛型类,必须指定:

    class NodeItem<T> where T : IComparable<T>, new() {…}
    class MyNodeItem<T> : NodeItem<T> where T : IComparable<T> , new(){…}
    

    泛型类型可以使用多种类型参数和约束,如下:

    class KeyType<K,V>{…}
    class SuperKeyType<K,V,U> where U : IComparable<U>, where V : new(){…}
    

    开放结构和封闭构造类型型可以用作方法的参数:

    void Swap<T>(List<T> list1, List<T> list2){…}
    void Swap(List<int> list1, List<int> list2){…}
    

    六、泛型接口

    不论是为泛型容器类,还是表示容器中元素的泛型类,定义接口是很有用的。把泛型接口与泛型类结合使用是更好的用法,比如用IComparable而非IComparable,以避免值类型上的装箱和拆箱操作。.NET框架2.0类库定义了几个新的泛型接口,以配合System.Collections.Generic中新容器类的使用。

    当一个接口被指定为类型参数的约束时,只有实现该接口的类型可被用作类型参数。下面的示例代码显示了一个从MyList派生的SortedList类。更多信息,请参见泛型概述。SortedList增加了约束where T : IComparable

    这使得SortedList中的BubbleSort方法可以使用表中的元素的IComparable.CompareTo方法。在这个例子中,表中的元素是简单类——实现IComparable的Person类。

    using System;
    using System.Collections.Generic;
     
    //Type parameter T in angle brackets.
    public class MyList<T>
    {
        protected Node head;
        protected Node current = null;
     
        // Nested type is also generic on T
        protected class Node         
        {
            public Node next;
            
            //T as private member datatype.
            private T data;         
            
            //T used in non-generic constructor.
            public Node(T t)        
            {
                next = null;
                data = t;
            }
            public Node Next
            {
                get { return next; }
                set { next = value; }
            }
            //T as return type of property.
            public T Data           
            {
                get { return data; }
                set { data = value; }
            }
        }
        
        public MyList()
        {
            head = null;
        }
        
        //T as method parameter type.
        public void AddHead(T t)    
        {
            Node n = new Node(t);
            n.Next = head;
            head = n;   
        }
        
        // Implement IEnumerator<T> to enable foreach
        // iteration of our list. Note that in C# 2.0
        // you are not required to implment Current and
        // GetNext. The compiler does that for you.
        public IEnumerator<T> GetEnumerator()
        {
            Node current = head;
     
            while (current != null)
            {
                yield return current.Data;
                current = current.Next;
            }
        }
    }
    
    public class SortedList<T> : MyList<T> where T : IComparable<T>
    {
        // A simple, unoptimized sort algorithm that
        // orders list elements from lowest to highest:
     
        public void BubbleSort()
        {
            if (null == head || null == head.Next)
                return;
            bool swapped;
     
            do
            {
                Node previous = null;
                Node current = head;
                swapped = false;
     
                while (current.next != null)
                {
                    //  Because we need to call this method, the SortedList
                    //  class is constrained on IEnumerable<T>
                    if (current.Data.CompareTo(current.next.Data) > 0)
                    {
                        Node tmp = current.next;
                        current.next = current.next.next;
                        tmp.next = current;
     
                        if (previous == null)
                        {
                            head = tmp;
                        }
                        else
                        {
                            previous.next = tmp;
                        }
                        previous = tmp;
                        swapped = true;
                    }
     
                    else
                    {
                        previous = current;
                        current = current.next;
                    }
     
                }// end while
            } while (swapped);
        }
    }
    
    // A simple class that implements IComparable<T>
    // using itself as the type argument. This is a
    // common design pattern in objects that are
    // stored in generic lists.
    public class Person : IComparable<Person>
    {
        string name;
        int age;
        public Person(string s, int i)
        {
            name = s;
            age = i;
        }
        // This will cause list elements
        // to be sorted on age values.
        public int CompareTo(Person p)
        {
            return age - p.age;
        }
        public override string ToString()
        {
            return name + ":" + age;
        }
        // Must implement Equals.
        public bool Equals(Person p)
        {
            return (this.age == p.age);
        }
    }
     
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //Declare and instantiate a new generic SortedList class.
            //Person is the type argument.
            SortedList<Person> list = new SortedList<Person>();
     
            //Create name and age values to initialize Person objects.
            string[] names = new string[]{"Franscoise", "Bill", "Li", "Sandra", "Gunnar", "Alok", "Hiroyuki", "Maria", "Alessandro", "Raul"};
            int[] ages = new int[]{45, 19, 28, 23, 18, 9, 108, 72, 30, 35};
     
            //Populate the list.
            for (int x = 0; x < 10; x++)
            {
                list.AddHead(new Person(names[x], ages[x]));
            }
            //Print out unsorted list.
            foreach (Person p in list)
            {
                Console.WriteLine(p.ToString());
            }
     
            //Sort the list.
            list.BubbleSort();
     
            //Print out sorted list.
            foreach (Person p in list)
            {
                Console.WriteLine(p.ToString());
            }
     
            Console.WriteLine("Done");
        }
    }
    

    可以在一个类型指定多个接口作为约束,如下:

    class Stack<T> where T : IComparable<T>, IMyStack1<T>{}
    

    一个接口可以定义多个类型参数,如下:

    IDictionary<K,V>
    

    接口和类的继承规则相同:

    //Okay.
    IMyInterface : IBaseInterface<int>
    //Okay.
    IMyInterface<T> : IBaseInterface<T>
    //Okay.
    IMyInterface<T>: IBaseInterface<int>
    //Error.
    IMyInterface<T> : IBaseInterface2<T, U>
    

    具体类可以实现封闭构造接口,如下:

    class MyClass : IBaseInterface<string>
    

    泛型类可以实现泛型接口或封闭构造接口,只要类的参数列表提供了接口需要的所有参数,如下:

    //Okay.
    class MyClass<T> : IBaseInterface<T>
    //Okay.
    class MyClass<T> : IBaseInterface<T, string>
    

    泛型类、泛型结构,泛型接口都具有同样方法重载的规则。详细信息,请参见泛型方法。

    七、泛型方法

    泛型方法是声名了类型参数的方法,如下:

    void Swap<T>( ref T lhs, ref T rhs)
    {
      T temp;
      temp = lhs;
      lhs = rhs;
      rhs = temp;
    }
    

    下面的示例代码显示了一个以int作为类型参数,来调用方法的例子:

    int a = 1;
    int b = 2;
    //…
    Swap<int>(a, b);
    

    也可以忽略类型参数,编译器会去推断它。下面调用Swap的代码与上面的例子等价:

    Swap(a, b);
    

    静态方法和实例方法有着同样的类型推断规则。编译器能够根据传入的方法参数来推断类型参数;而无法单独根据约束或返回值来判断。因此类型推断对没有参数的方法是无效的。类型推断发生在编译的时候,且在编译器解析重载方法标志之前。编译器对所有同名的泛型方法应用类型推断逻辑。在决定(resolution)重载的阶段,编译器只包含那些类型推断成功的泛型类。更多信息,请参见C# 2.0规范,20.6.4类型参数推断

    在泛型方法中,非泛型方法能访问所在类中的类型参数,如下:

    class MyClass<T>
    {
      //…
      void Swap (ref T lhs, ref T rhs){…}
    }
    

    [JX1] 定义一个泛型方法,和其所在的类具有相同的类型参数;试图这样做,编译器会产生警告CS0693。

    class MyList<T>
    {
    // CS0693
        void MyMethod<T>{...}   
    }
     
    class MyList<T>
    {
    //This is okay, but not common.
        void SomeMethod<U>(){...}   
    }
    

    使用约束可以在方法中使用更多的类型参数的特定方法。这个版本的Swap称为SwapIfGreater,它只能使用实现了IComparable的类型参数。

    void SwapIfGreater<T>( ref T lhs, ref T rhs) where T: IComparable<T>
    {
      T temp;
      if(lhs.CompareTo(rhs) > 0)
        {
          temp = lhs;
          lhs = rhs;
          rhs = temp;
        }
    }
    

    泛型方法通过多个类型参数来重载。例如,下面的这些方法可以放在同一个类中:

    void DoSomething(){}
    void DoSomething<T>(){}
    void DoSomething<T,U>(){}
    

    八、泛型委托

    无论是在类定义内还是类定义外,委托可以定义自己的类型参数。引用泛型委托的代码可以指定类型参数来创建一个封闭构造类型,这和实例化泛型类或调用泛型方法一样,如下例所示:

    public delegate void MyDelegate<T>(T item);
    public void Notify(int i){}
    //...
     
    MyDelegate<int> m = new MyDelegate<int>(Notify);
    

    C#2.0版有个新特性称为方法组转换(method group conversion),具体代理和泛型代理类型都可以使用。用方法组转换可以把上面一行写做简化语法:

    MyDelegate<int> m = Notify;
    

    在泛型类中定义的委托,可以与类的方法一样地使用泛型类的类型参数。

    class Stack<T>
    {
        T[] items;
         int index
        //...
        public delegate void StackDelegate(T[] items);
    }
    

    引用委托的代码必须要指定所在类的类型参数,如下:

    Stack<float> s = new Stack<float>();
    Stack<float>.StackDelegate myDelegate = StackNotify;
    

    泛型委托在定义基于典型设计模式的事件时特别有用。因为sender[JX2] ,而再也不用与Object相互转换。

    public void StackEventHandler<T,U>(T sender, U eventArgs);
    class Stack<T>
    {
        //…
        public class StackEventArgs : EventArgs{...}
        public event StackEventHandler<Stack<T>, StackEventArgs> stackEvent;
        protected virtual void OnStackChanged(StackEventArgs a)
        {
          stackEvent(this, a);
        }
    }
    class MyClass
    {
      public static void HandleStackChange<T>(Stack<T> stack, StackEventArgs args){...};
    }
    Stack<double> s = new Stack<double>();
    MyClass mc = new MyClass();
    s.StackEventHandler += mc.HandleStackChange;
    

    九、泛型代码中的 default 关键字

    在泛型类和泛型方法中会出现的一个问题是,如何把缺省值赋给参数化类型,此时无法预先知道以下两点:

    • T将是值类型还是引用类型
    • 如果T是值类型,那么T将是数值还是结构

    对于一个参数化类型T的变量t,仅当T是引用类型时,t = null语句才是合法的; t = 0只对数值的有效,而对结构则不行。这个问题的解决办法是用default关键字,它对引用类型返回空,对值类型的数值型返回零。而对于结构,它将返回结构每个成员,并根据成员是值类型还是引用类型,返回零或空。下面MyList类的例子显示了如何使用default关键字。更多信息,请参见泛型概述。

    public class MyList
    {
    //...
    public T GetNext()
    {
    T temp = default(T);
    if (current != null)
    {
    temp = current.Data;
    current = current.Next;
    }
    return temp;
    }
    }

    十一 、运行时中的泛型

    Specialized generic types are created once for each unique value type used as a parameter.

    当泛型类或泛型方法被编译为微软中间语言(MSIL)后,它所包含的元数据定义了它的类型参数。根据所给的类型参数是值类型还是引用类型,对泛型类型所用的MSIL也是不同的。当第一次以值类型作为参数来构造一个泛型类型,运行时用所提供的参数或在MSIL中适当位置被替换的参数,来创建一个专用的泛型类型。[JX3]

    例如,假设你的程序代码声名一个由整型构成的栈,如:

    Stack<int> stack;
    

    此时,运行时用整型恰当地替换了它的类型参数,生成一个专用版本的栈。此后,程序代码再用到整型栈时,运行时复用已创建的专用的栈。下面的例子创建了两个整型栈的实例,它们共用一个Stack代码实例:

    Stack<int> stackOne = new Stack<int>();
    Stack<int> stackTwo = new Stack<int>();
    

    然而,如果由另一种值类型——如长整型或用户自定义的结构——作为参数,在代码的其他地方创建另一个栈,那么运行时会生成另一个版本的泛型类型。这次是把长整型替换到MSIL中的适当的位置。由于每个专用泛型类原本就包含值类型,因此不需要再转换。

    对于引用类型,泛型的工作略有不同。当第一次用任何引用类型构造泛型类时,运行时在MSIL中创建一个专用泛型类,其中的参数被对象引用所替换。之后,每当用一个引用类型作为参数来实例化一个已构造类型时,就忽略其类型,运行时复用先前创建的专用版本的泛型类。这可能是由于所有的引用的大小都相同。

    例如,假如你有两个引用类型,一个Customer类和一个Order类;进一步假设你创建了一个Customer的栈:

    Stack<Customer> customers;
    

    此时,运行时生成一个专用版本的栈,用于稍后存储对象的引用,而不是存储数据。假如下一行代码创建了一个另一种引用类型的栈,名为Order:

    Stack<Order> orders = new Stack<Order>();
    

    和值类型不同,运行时并没有为Order类型创建另一个栈的专用版本。相反,运行时创建了一个专用版本栈实例,并且变量orders指向这个实例。如果之后是一行创建Customer类型的栈的代码:

    customers = new Stack<Customer>();
    

    和之前以Order类型创建的栈一样,创建了专用栈的另一个实例,并且其中所包含的指针指向一块大小与Customer类一致的内存。由于不同程序间引用类型的数量差别很大,而编译器只为引用类型的泛型类创建一个专用类,因此C#对泛型的实现极大地降低了代码膨胀。

    此外,当用类型参数实现一个泛型C#类时,想知道它是指类型还是引用类型,可以在运行时通过反射确定它的真实类型和它的类型参数。

    十二 、基础类库中的泛型

    2.0版的.NET框架类库提供了一个新的命名空间,System.Collections.Generic,其中包含了一些已经可以使用的泛型容器类和相关的接口。和早期版本的.NET框架提供的非泛型容器类相比,这些类和接口更高效且是类型安全的。在设计、实现自定义的容器类之前,请你考虑是否使用或继承所列出类中的一个。

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