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  • 微软热门知识点之范型编程【资料收集,非原创】

    范性编程的优点:

    1、 更加安全
    
    在非泛型编程中,虽然所有的东西都可以作为Object传递,但是在传递的过程中免不了要进行类型转换。而类型转换在运行时是不安全的。使用泛型编程将可以减少不必要的类型转换,从而提高安全性。
    
    2、 效率更高
    
    在非泛型编程中,将简单类型作为Object传递时会引起Boxing和Unboxing操作,这两个过程都是具有很大开销的。使用泛型编程就不必进行Boxing和Unboxing操作了。
    
    
    
    .NET泛型具有很好的二进制重用性。这一点得益于.NET将泛型内建在CLR之中。C++泛型和评估中Java泛型所依靠的是它们各自的编译器所提供的特性,编译器在编译泛型代码时将确切的类型展开,这就难免会出现代码膨胀的问题。而.NET的泛型代码是在运行时由JIT即时编译的,这样CLR就可以为不同类型重用大部分的即时编译代码了。


           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>

    2JIT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>

    3CLR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。

    2C#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。

    3C#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UV,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:

    1C#泛型机制只支持“在方法声明上包含类型参数”——即泛型方法。

    2C#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TU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AB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:

    1C#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Func1Func2,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Func2Func3

                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>'

       

    总结:

    1C#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“擦拭法”支持的简单的泛型。

    2C#的泛型支持包括类、结构、接口、委托四种泛型类型,以及方法成员。

    3C#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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