C#锐利体验2.0：泛型编程
目录
• C#泛型及机制
•泛型类型
•泛型方法
•泛型约束
•讲座总结
• Q&A
C#泛型演示
class Stack<T> { //T泛型的类型参数，别的也行。但般以T，TYPE的缩写。编译的时候是晚绑定的，因为T不知道是什么类型。
private T[] store; //定义一个T的类型字段
private int size;
public Stack() {
store = new T[10]; size = 0;
}
public void Push(T x) {
store[size++] = x; }
public T Pop() {
return store[--size];
}
}
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Stack<string> s1=new Stack<string>();
Stack<StringBuilder> s2=new Stack<StringBuilder>();
s1,s2两个中的类型都是引用类型的，所以这两实例共享一份实例化后的代码。
Stack<int> s3=new Stack<int>();
Stack<byte> s4=new Stack<byte>();
s3,s4两个的类型为值类型，大小不一样。所以产实例化产生不同的代码。
CLR对于泛型的支持
泛型不仅是一个语言级上的特征。.NET CLR能识别出泛型。在这种意义上说,泛型的使用是.NET中最为优秀的特征之一。对每个用于泛型化的类型的参数，类也同样没有脱离开微软中间语言(MSIL)。换句话说,你的配件集仅包含你的参数化的数据结构或类的一个定义，而不管使用多少种不同的类型来表达该参数化的类型。例如,如果你定义一个泛型类型MyList<T>，仅仅该类型的一个定义出现在MSIL中。当程序执行时,不同的类被动态地创建,每个类对应该参数化类型的一种类型。如果你使用MyList<int>和MyList<double>，有两种类即被创建。当你的程序执行时，让我们进一步在例3中分析这一点。
例3.创建一个泛型类
//MyList.cs
#region Using directives
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
#endregion
namespace CLRSupportExample
{
public class MyList<T>
{
private static int objCount = 0;
public MyList()
{objCount++; }
public int Count
{
get
{return objCount; }
}
}
}
//Program.cs
#region Using directives
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
#endregion
namespace CLRSupportExample
{
class SampleClass {}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
MyList<int> myIntList = new MyList<int>();
MyList<int> myIntList2 = new MyList<int>();
MyList<double> myDoubleList = new MyList<double>();
MyList<SampleClass> mySampleList = new MyList<SampleClass>();
Console.WriteLine(myIntList.Count);
Console.WriteLine(myIntList2.Count);
Console.WriteLine(myDoubleList.Count);
Console.WriteLine(mySampleList.Count);
Console.WriteLine(new MyList<sampleclass>().Count);
Console.ReadLine();
}
}
}
该例中，我创建了一个称为MyList泛型类。为把它参数化，我简单地插入了一个尖括号。在<>内的T代表了实际的当使用该类时要指定的类型。在MyList类中，定义了一个静态字段objCount。我在构造器中增加它的值。因此我能发现使用我的类的用户共创建了多少个那种类型的对象。属性Count返回与被调用的实例同类型的实例的数目。
在Main()方法,我创建了MyList<int>的两个实例，一个MyList<double>的实例，还有两个MyList<SampleClass>的实例--其中SampleClass是我已定义了的类。问题是:Count(上面的程序的输出)的值该是多少？在你继阅读之前，试一试回答这个问题。
解决了上面的问题？你得到下列的答案了吗？
2
2
1
1
2
前面两个2对应MyList<int>，第一个1对应MyList<double>，第二个1对应MyList<SampleClass>--在此，仅创建一个这种类型的实例。最后一个2对应MyList<SampleClass>，因为代码中又创建了这种类型的另外一个实例。上面的例子说明MyList<int>是一个与MyList<double>不同的类，而MyList<double>又是一个与MyList<SampleClass>不同的类。因此，在这个例中,我们有四个类：MyList: MyList<T>，MyList<int>，MyList<double>和MyList<X>。注意，虽然有4个MyList类，但仅有一个被存储在MSIL。怎么能证明这一点？请看下图显示出的使用工具ildasm.exe生成的MSIL代码。
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C#泛型简介
Stack<int> x = new Stack<int>(); //泛型的实例化，泛型类型的实例化INT,这个类型必须是具体的经过实例化的。
x.Push(17);
•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“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代码和元数据时，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。
泛型IL代码与元数据
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代码与元数据——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
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“显式约束”，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，两个类型参数
class D: C<string,int>{} //合法，泛型类型可以被继承，并对且C进行实例化。
class E<U, V>: C<U, V> {} //合法，没有进行实例化。C里的U,V直接使用子类E的U,V类型。
class F<U, V>: C<string, int> {} //合法，F是个泛型类型，但C已经被实例化了。
class G : C<U, V> { } //非法，G本身不是一个泛型类型，但父类是一个泛型类型，并没有实例化。所以C里的U,V没有类型所以非法。
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，它的类型参数要么已实例化，要么来源于子类（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) {//做为类型来使用
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继承的公有成员。
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; //不用再NEW委托了
Predicate<int> p1 = new Predicate<int>(F);//NEW个委托
}
}
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。
泛型方法简介
• 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<int> ( new int[]{1,3,4,5,6,8,9}, 6);
泛型方法的重载
<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，WHERE是约束T必需继承于A
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 T: 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,不用写WHERE字句，不能添加任何约束，约束是继承下来的
public override T G<T>(T t) where T: IComparable {}
}
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”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。
• “显式约束”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。
下面的约束是可以使用的：
where T : struct 类型必须是一种值类型(struct)
where T : class 类型必须是一种引用类型(class)
where T : new() 类型必须有一个无参数的构造器
where T : class_name 类型可以是class_name或者是它的一个子类
where T : interface_name 类型必须实现指定的接口
基类约束
class A { public void F1() {厎 }
class B { public void F2() {厎 }
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 { void Print(); }
interface IComparable<T> { int CompareTo(T v);}
interface IKeyProvider<T> { T GetKey(); }
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有无参构造器
C<B> c=new C<B>(); //错误，B没有无参构造器
值类型/引用类型约束
public struct A { ... }
public class B { ... }
class C<T>
where T : struct //T是一个值类型
{
// 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
讲座总结
• C#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“搽拭法”支持的简单的泛型。
• 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隐式约束。