通过实例学习C#开发中的泛型

C#中所谓泛型：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的编译时的“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。

　　C#泛型编译机制

　　第一轮编译时，编译器只为Stack类型产生“泛型版”的IL代码和元数据，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时，将用int类型替换“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#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。

　　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#泛型类与结构

　　class C{} //合法

　　class D:C{} //合法

　　class E:C{} //合法

　　class F:C{} //合法

　　class G:C{} //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，他的类型参数要么已实例化，要么来源子类(同样是泛型类型)声明的类型参数。

　　泛型类型的成员

class C
　　{
　　public V f1; //声明字段
　　public D f2; //作为其他泛型类型 的参数
　　public C
　　{
　　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继承的共有成员。

　　泛型接口

interface IList
　　{
　　T[] GetElements();
　　}
　　interface IDictionary
　　{
　　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:IList,IDictionary
　　{
　　public T[] GetElements{}
　　{
　　return null;
　　}
　　public void Add(int index,T value){}
　　}

　　泛型委托

delegate bool Predicate(T value);
　　class X
　　{
　　static bool F(int i){...}
　　static bool G(string s){...}
　　static void Main()
　　{
　　Predicate p2 = G;
　　Predicate p1 = new Predicate(F);
　　}
　　}

　　泛型委托支持返回值和参数哂纳感应用参数类型，这些参数类型同样可以附带合法的约束。

　　泛型方法的简介

　　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[] items,T item)
　　{
　　for(int i=0;i
　　{
　　if(items[i].Equals(item)
　　{
　　return i;
　　}
　　}
　　return -1;
　　}
　　}
　　// 泛型方法的调用
　　int i = Finder.Find(new int[]{1,3,4,5,6,8,9},6);

　　泛型编程

　　泛型方法的重载

class MyClass
　　{
　　void F1(T[] a,int i); // 不可以构成重载方法
　　void F1(U[] a,int i);
　　void F2(int x); // 可以构成重载方法
　　void F2(int x);
　　void F3(T t) where T : A; // 不可以构成重载方法
　　void F3(T t) where T : B;
　　}

　　泛型方法的重写

　　abstract class Base
　　{
　　public abstract T F(T t,U u) where U : T;
　　public abstract T G(T t) where U : 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
　　public override T G(T t) where T : Comparable{}
　　}

　　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"有where字句表达,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"共四中约束.

　　"显示约束"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.

　　基类约束

class A
　　{
　　public void F1(){}
　　}
　　class B
　　{
　　public void F2(){}
　　}
　　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{coid Print();}
　　interface IComparable{int CompareTo(T v);}
　　interface IKeyProvider{T HetKey();}
　　class Dictionary
　　where K:IComparable
　　where V:IPrintable,IKeyProvider
　　{
　　// 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
　　where T:new()
　　{
　　// 可以在其中使用T t = new T();
　　}
　　C c = new C(); // 可以,A有无参数构造器
　　C c = new C(); // 错误,B没有无参数构造器

　　值类型/引用类型约束

public struct A{...}
　　public class B{...}
　　class C
　　where T : struct
　　{
　　// T在这里面是一个值类型
　　}
　　C c = new C(); // 可以,A是一个值类型
　　C c = new C(); // 错误,B是一个引用类型

　　总结

　　C#的泛型能力有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"檫拭法"支持的简单的类型.

　　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显式约束.