关于范型

范型是提高面向对象程序多态性设计衍生的。 
1，C# 多态性设计回顾和展望 
在引入范型这个概念之前，回顾一下1.0或1.1中关于的Object类型的定义： 
Object类型是.NET Framework中System.Object的一个别名，可以分配任何类型给Object类型的变量。 
通过object类型的引入，实现了.NET对于面向对象程序多态设计。 
因为Object本身是一个引用类型，是存放在Heap(堆）上的。对于其他引用类型和Object转换很容易实现。 
而值类型和Object类型转换需要引入两个用于object类型和值类型转换概念boxing和unboxing. 
(1)boxing 装包 
  将转换一个值类型到Object类型， 
  例如：int i = 1;            //存储在栈上 
        object o = (object) i;//存储在堆上 
  上面的代码在IL中将会是box [mscorlib]System.Int32 
 将Int32和1同时装入一个Object对象中，结构如下： 
 object[{Int32}-{1}];//前者表示boxing类型，后者表示其值 
(2)unboxing 拆包 
 将一个已装包为Obect类型的值类型转换回值类型 
 操作分为两部分组成： 
 a,首先检查是否转换回的类型是装包的类型，如果不是抛出一个InvalidCastException运行时错误． 
 b,复制Object类型中的值到目标值类型变量； 
 例如： 
   int i = 1; 
   object o = (object) i; //boxing 
   int j = (int)o         //unboxing 
   //double d = (double)o ,出现运行时错误 



  
通过上面的可以看到在.NET Framework 1.0 中使用object对象设计的多态性比C++的template(一种基于类似宏的编 
译时替换)执行效率增加了大量的copy的开销。所以在.NET Framewrok 2.0中引入范型来提高高面向对象程序多态性 
设计。

2，范型概念和特点： 
范型的设计是为了解决上面提到过的Object的多态性设计中的两个问题： 
(1)，性能上面的，boxing和unboxing需要大量的复制开销； 
(2)，安全性上面的，在上面一个例子看到了如果unboxing类型不同会抛出一个InvalidCastException异常; 
范型的设计格式是使用<和>封闭其中一个范型参数，例如： 
public class Stack<T>; 
范型的实例化格式是使用需要使用的类型替换<和>封闭其中一个范型参数,例如： 
Stack<char> char_Stack = new Stack<char>(); 
多范型类定义格式，在<和>封闭多个范型参数，例如： 
class Node<K,T> 
对于C++程序员，看上面关于范型的格式很快联系到了ISO C++当中的Template; 
的确两者语法上面非常相似，但是两者的多态性编译和实现有很大不同． 
在C++的Template编译后，没有编译带有Template的代码．而是通过一种宏的方式进行的替换过程． 
每次使用Template类型，编译器都会生成一个对应的类型代码．而不管是否个类型代码已经使用过了． 
在C#2.0中范型是在中间语言(IL)和公共语言运行时(CLR)支持的． 
对于值类型：会在JIT编译时候替换参数类型，如果存在以及编译特定类型的机器代码，将直接返回这段代码． 
这样避免了在ISO C++中Template可能带来代码膨胀． 
对于引用类型：会直接在JIT编译时候替换参数类型． 
理解C# 2.0范型是在实现是基于CLR支持的很重要啊，因为.NET的本质是和语言无关的．任何语言最后都是编译为中 
间语言，这样基于IL和CLR支持的范型可以运用到所有基于CLR实现的语言，例如：Visual Basic 2005等等． 
3，范型和其他类型执行效率对比例子 
下面分别是使用Int,Object和范型构造的3个栈的类 


 /// <summary> 
 /// Int类型实现的栈 
 /// </summary> 
 class IntStack 
 { 
  private int[] data; 
  private int current; 
  private int length; 
  public IntStack(int Length) 
  { 
   length = Length; 
   current = 0; 
   data = new int[length]; 
  } 
  public int Top() 
  { 
   return data[current - 1]; 
  } 
  public void Push(int Data) 
  { 
   if (current < length) 
   { 
    data[current++] = Data; 
   } 
  } 
  public void Pop() 
  { 
   if (current > 0) 
   { 
    current--; 
   } 
  } 
 } 
 /// <summary> 
 /// 范型的栈 
 /// </summary> 
 /// <typeparam name="T">范型</typeparam> 
 class TemplateStack<T> 
 { 
  private int length; 
  private int current; 
  private T[] data; 
  public TemplateStack(int Length) 
  { 
   current = 0; 
   length = Length; 
   data = new T[length]; 
  } 
  public T Top() 
  { 
   return data[current - 1]; 
  } 
  public void Push(T Data) 
  { 
   if (current < length) 
   { 
    data[current++] = Data; 
   } 
  } 
  public void Pop() 
  { 
   if (current > 0) 
   { 
    current--; 
   } 
  } 
 } 
 /// <summary> 
 /// Object的栈 
 /// </summary> 
 class ObjectStack 
 { 
  private object[] data; 
  private int current; 
  private int length; 
  public ObjectStack(int Length) 
  { 
   length = Length; 
   current = 0; 
   data = new object[length]; 
  } 
  public object Top() 
  { 
   return data[current-1]; 
  } 
  public void Push(object Data) 
  { 
   if (current < length) 
   { 
    data[current++] = Data; 
   } 
  } 
  public void Pop() 
  { 
   if (current > 0) 
   { 
    current--; 
   } 
  } 
 } 




通过测试直接使用Int的栈和范型构造Int栈的开销接近． 
而比较前面两个Object每增加一次unboxig开销是增加的2倍．

4，附录.NET 2.0 Framework 范型容器列表:
Comparer<T>      Comparer   比较 
Dictionary<K,T>     HashTable  hash表 
LinkedList<T>         LinkList   链表 
List<T>               ArrayList  数组链表 
Queue<T>              Queue    队列 
SortedDictionary<K,T> SortedList 排序链表 
Stack<T>              Stack    栈 
ICollection<T>  ICollection    容器接口 
IComparable<T>  System.IComparable比较接口 
IDictionary<K,T>  IDictionary    字典接口 
IEnumerable<T>  IEnumerable    枚举接口 
IEnumerator<T>  IEnumerator    跌代接口 
IList<T>  IList          链表接口 


参考资料： 
《Design and Implementation of Generics for the .NET Common Language Runtime》  
  ---Andrew Kennedy Don Syme (Microsoft Research, Cambridge, U.K.) 
《An Introduction to C# Generics》 
  ---Juval Lowy IDesign (MSDN Online) 
《C# Programmer's Reference》 
  ---MSDN Library  (MSDN Online) 

原文：http://zhidao.baidu.com/question/60939876